Nitrospira -Nitrospira
| Nitrospira | |
|---|---|
Wissenschaftliche Klassifikation 
|
|
| Domain: | Bakterien |
| Stamm: | Nitrospirae |
| Klasse: | Nitrospira |
| Befehl: | Nitrospiralen |
| Familie: | Nitrospirangewächse |
| Gattung: |
Nitrospira Watsonet al. 1986 |
| Typ Arten | |
|
Nitrospira-Marina Watsonet al. 1986
|
|
| Spezies | |
|
|
Nitrospira (von lateinisch: nitro, was "Nitrat" bedeutet und griechisch: spira, was "Spirale" bedeutet), übersetzt in "eine Nitratspirale" ist eine Bakteriengattung innerhalb der monophyletischen Klade des Nitrospirae- Stammes. Das erste Mitglied dieser Gattung wurde 1986 von Watson et al. isoliert vom Golf von Maine. Das Bakterium wurde Nitrospira marina genannt . Ursprünglich wurde angenommen, dass die Populationen auf marine Ökosysteme beschränkt sind, aber später stellte sich heraus, dass sie für zahlreiche Lebensräume gut geeignet sind, darunter Belebtschlamm aus Abwasseraufbereitungssystemen , natürliche biologische Meeresumgebungen (wie die Seine in Frankreich und Strände in Cape Cod .). ), Biofilter für dieWasserzirkulationin Aquarien, terrestrischen Systemen, Süß- und Salzwasserökosystemen und heißen Quellen. Nitrospira ist ein allgegenwärtiges Bakterium, das eine Rolle im Stickstoffkreislauf spielt, indem es im zweiten Schritt der Nitrifikation eine Nitritoxidation durchführt. Nitrospira leben in einer Vielzahl von Umgebungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Trinkwassersysteme, Abfallbehandlungsanlagen, Reisfelder, Waldböden, geothermische Quellen und Schwammgewebe. Obwohl Nitrospira in vielen natürlichen und künstlichen Ökosystemen reichlich vorhanden ist, ist es schwierig zu kultivieren, daher stammen die meisten Erkenntnisse aus molekularen und genomischen Daten. Aufgrund ihrer Schwierigkeit, im Labor zu kultivieren, wurde das gesamte Genom jedoch nur in einer Spezies, Nitrospira defluvii, sequenziert. Darüber hinaus sinddie 16s-rRNA- Sequenzen der Nitrospira- Bakterienzu unterschiedlich, um sie für PCR- Primer zu verwenden , sodass einige Mitglieder unbemerktbleiben. Darüber hinaus wurden auch Mitglieder von Nitrospira mit der Fähigkeit zur vollständigen Nitrifikation ( Comammox- Bakterien) entdeckt und kultiviert.
Morphologie
Für die folgende Beschreibung wird Nitrospira moscoviensis stellvertretend für die Gattung Nitrospira stehen. Nitrospira ist ein gramnegativer Nitrit- oxidierender Organismus mit einer schraubenförmigen bis vibroiden Morphologie (0,9–2,2 × 0,2–0,4 Mikrometer groß). Sie sind nicht- planktonische Organismen, die sich als Klumpen, sogenannte Aggregate, in Biofilmen befinden . Die Visualisierung mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bestätigt sternförmige Vorsprünge auf der äußeren Membran (6-8 nm dick). Der periplasmatische Raum ist außergewöhnlich breit (34-41 nm dick), was Platz bietet, um elektronenreiche Moleküle aufzunehmen. Elektronenmangelstrukturen befinden sich im Zytosol und werden als Glykogenspeichervesikel angesehen ; Polyhydroxybutyrat- und Polyphosphat- Granula werden auch im Zytoplasma identifiziert. Die DNA-Analyse bestimmte 56,9 ± 0,4 Mol-% der DNA als Guanin- und Cytosin- Basenpaare.
Allgemeiner Stoffwechsel
Nitrospira sind in der Lage, aerobe Wasserstoffoxidation und Nitritoxidation durchzuführen, um Elektronen zu gewinnen, aber hohe Nitritkonzentrationen haben gezeigt, dass sie ihr Wachstum hemmen. Die optimale Temperatur für die Nitritoxidation und das Wachstum in Nitrospira moscoviensis beträgt 39 °C (kann von 33-44 °C reichen) bei einem pH-Bereich von 7,6-8,0 Obwohl sie allgemein als obligate Chemolithotrophe klassifiziert werden , sind einige fähig zur Mixotropie . Unter verschiedenen Umgebungen kann Nitrospira beispielsweise Kohlenstoff durch Kohlenstofffixierung oder durch den Verbrauch organischer Moleküle ( Glycerin , Pyruvat oder Formiat ) aufnehmen. Neue Studien zeigen auch, dass Nitrospira Harnstoff als Nährstoffquelle verwenden kann. In ihrem Genom kodierte Urease kann Harnstoff in CO . zerlegen
2und Ammoniak . Das CO
2können durch Anabolismus assimiliert werden, während das von Nitrospira freigesetzte Ammoniak und die organischen Nebenprodukte Ammoniumoxidationsmittel und andere Mikroben in derselben Mikroumgebung koexistieren lassen .
Nitrifikation
Alle Mitglieder dieser Gattung haben die Nitrit-Oxidoreduktase- Gene und werden daher alle als Nitrit-Oxidationsmittel angesehen. Seit der Entdeckung nitrifizierender Bakterien wurde akzeptiert, dass die Nitrifikation in zwei Schritten erfolgt, obwohl es energetisch günstig wäre, wenn ein Organismus beide Schritte durchführt. In letzter Zeit wurden auch Nitrospira- Mitglieder mit der Fähigkeit zur vollständigen Nitrifikation ( Comammox- Bakterien) entdeckt und kultiviert, wie im Fall von Nitrospira inopinata . Die Entdeckung von Commamox- Organismen in Nitrospira definiert die Art und Weise, wie Bakterien zum Stickstoffkreislauf beitragen, neu und daher werden sich viele zukünftige Studien diesem Thema widmen.
Mit diesen neuen Erkenntnissen gibt es nun die Möglichkeit , in erster Linie vollständige Nitrifikation zu verwenden , anstatt von partieller Nitrifikation in technischen Systemen wie Kläranlagen , weil vollständige Nitrifikation führt zu geringeren Emissionen der Treibhausgase : Lachgas und Stickoxide in die Atmosphäre.
Genom
Nach der Sequenzierung und Analyse der DNA der Nitrospira- Mitglieder entdeckten die Forscher, dass beide Arten Gene hatten, die für Ammoniakmonooxygenase (Amo) und Hydroxlyamindehydrogenase (hao) kodieren, Enzyme, die Ammoniak-oxidierende Bakterien (AOB) verwenden, um Ammoniak in Nitrit umzuwandeln . Die Bakterien besitzen alle notwendigen Untereinheiten für beide Enzyme sowie die notwendigen zellmembranassoziierten Proteine und Transporter , um den ersten Schritt der Nitrifikation durchzuführen. Die Ursprünge des Amo-Gens sind umstritten, da eine Studie ergab, dass es anderen AOB[3] ähnlich ist, während eine andere Studie ergab, dass sich das Amo-Gen genetisch von anderen Linien unterscheidet. Aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass sich das hao-Gen phylogenetisch von dem in anderen AOB vorhandenen hao-Gen unterscheidet, was bedeutet, dass sie es vor langer Zeit erworben haben, wahrscheinlich durch horizontalen Gentransfer .
Nitrospira trägt auch die Gene, die für alle Untereinheiten der Nitrit-Oxidoreduktase (nxr) kodieren, dem Enzym, das den zweiten Schritt der Nitrifikation katalysiert.
Phylogenie
Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der Liste der prokaryotischen Namen mit Standing in Nomenclature (LSPN) und dem National Center for Biotechnology Information (NCBI). Phylogeny basiert auf Annotree v1.2.0, das die GTDB 05-RS95 ( Genome Taxonomy Database ) verwendet.
| Nitrospira |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||