Thermococci

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Thermococci

Thermococcus gammatolerans

Systematik
Domäne: Archaeen (Archaea)
Abteilung: Euryarchaeota
Klasse: Thermococci
Wissenschaftlicher Name
Thermococci
Zillig & Reysenbach 2002[1]
Schemazeichnung der obigen Zelle von Thermococcus gammatolerans

Die Thermococci (deutsch „Thermokokken“, Synonym Protoarchaea[2]) sind eine Klasse von Archaeen im Phylum Euryarchaeota. Die Thermococcales bilden eine allgemein anerkannte Ordnung (Biologie) innerhalb der Thermococci.[3][4][5][6][7]

Thermococcales

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Die Ordnung Thermococcales umfasst nur die Familie Thermococcaceae mit ca. 40 oder mehr Spezies (Arten), was sie zu einer der zahlreichsten Familie in der Domäne der Archaeen macht, wobei bisher wahrscheinlich nur ein kleiner Teil der natürlich vorkommenden Arten dieser Gruppe untersucht ist.[8] Diese Organismen sind hyperthermophil, d. h. sie leben in extrem heißen Umgebungen (z. B. in Hydrothermalquellen) bei optimalen Wachstumstemperaturen von über 80 °C.[1] In solchen marinen Umgebungen sind sie weit verbreitet. Thermococci gehören zu den am häufigsten isolierten Organismen aus hydrothermalen Schloten in der Tiefsee. Vertreter wurden auch aus Ölfeldvorkommen und flachen hydrothermalen Meeresgebieten isoliert, allerdings noch nie von hydrothermalen Quellen an Land. Bei Ausbrüchen unterseeischer Vulkane wurden Thermococci in hohen Konzentrationen im umgebenden Meerwasser nachgewiesen.

Die Gattungen Thermococcus und Pyrococcus (wörtlich „Wärmeball“ und „Feuerball“) sind beide obligat anaerobe Chemoorganotrophe. Thermococcus bevorzugt 70–95 °C und Pyrococcus 70–100 °C.[9][10] Thermococcus gammatolerans wurde beispielsweise im Guaymas-Becken entdeckt und wächst bei Temperaturen von 55–95 °C (optimale 88 °C) bei einem optimalen pH-Wert von 6. Diese Spezies (Art) hat eine ausgeprägte Strahlungsresistenz und kann Gammastrahlung von 30 kGy (Kilo-Gray) überleben.[11] Vertreter der Gattung Thermococcus wurden auch in terrestrischen hydrothermalen Gewässern in Neuseeland gefunden.[12] Palaeococcus helgesonii aus dem Tyrrhenischen Meer ist ein aerober chemoheterotropher Organismus, der bei Temperaturen von 45–85 °C (optimal 80 °C) wächst.[13][14] Mit Stand 2012 lagen keine Daten zur Besiedlung von Thermokokken Niedrigtemperatur-Ökosystemen sowie in Umgebungen mit hohem oder niedrigem pH-Wert vor.[8]

Methanophastidiosales

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Methanophastidiosales[15] ist eine vorgeschlagene Bezeichnung für eine Gruppe von Euryarchaeota im taxonomischen Rang einer Ordnung, die ursprünglich WSA2 oder Arc I genannt wurde. Diese Archaeen gelten als die ersten entdeckten Methanbildner, das sich auf die Methanogenese durch Reduktion von methyliertem Thiol beschränken. Genomanalysen zeigen, dass ihnen Stoffwechselwege zur Kohlenstofffixierung, Stickstofffixierung und Biosynthese vieler Aminosäuren fehlen. Als Kohlenstoffquelle können sie Acetat, Malonat und Propionat verwenden.[16]

Diese Archaeen finden sich in brackigen Meeressedimenten, hydrothermalen Sedimenten, mesophilen anaeroben Fermentern, in Kläranlagenwasser und -sedimenten, Deponiesickerwasser, erdölkontaminiertem Grundwasser usw.[16]

Die Taxonomie dieser Gruppe als Ordnung der Klasse Thermococci ist noch in der Diskussion; eine andere Klassifizierung ist als eigene Klasse Methanofastidiosa[17] innerhalb einer Stenosarchaea genannten Euryarchaeota-Klade.[18]

Systematik

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Mit Stand Dezember 2021 hat die Klasse Thermococci die eine allgemein akzeptierte Ordnung Thermo­coccales;[6][4][7] zudem wurde vorgeschlagen, eine weitere Ordnung Methanofastidiosales in die Klasse aufzunehmen:[19][15]

Pyrococcus furiosus

Klasse Thermococci Zillig & Reysenbach 2002
mit Synonym Protoarchaea Cavalier-Smith 2002[2]

  • Ordnung Thermococcales Zillig 1988
    • Familie Thermococcaceae Zillig 1988
      • Gattung Palaeococcus Takai et al. 2000
        • Spezies P. ferrophilus Takai et al. 2000
        • Spezies P. helgesonii Amend et al. 2006
        • Spezies P. pacificus Zeng et al. 2013
      • Gattung Pyrococcus Fiala & Stetter 1986
        • Spezies „P. abyssi“ Erauso et al. 1993
        • Spezies P. furiosus Fiala & Stetter 1986
        • Spezies P. glycovorans Barbier et al. 1999
        • Spezies P. orikoshii González et al. 1999
        • Spezies P. kukulkanii Callac et al. 2016
        • Spezies P. woesei Zillig 1988[20]
        • Spezies P. yayanosii Birrien et al. 2011
      • Gattung Thermococcus Zillig 1983 – Details siehe dort
        inkl. der in der GTDB abgespaltenen Gattungen Thermococcus_A, Thermococcus_B, Thermococcus_C
  • ?Ordnung Methanofastidiosales[19]
    • Familie Methanofastidiosaceae[21][22]
      • Gattung Ca. Methanofastidiosum[21] alias Arc I group oder WSA2 group[16]
        • Spezies Ca. M. methylthiophilum Nobu et al. 2016 (mit Schreibvariante Ca. M. methylthiophilus) inkl. Arc I group archaeon ADurb1013_Bin02101

Typus-Taxa sind fett hervorgehoben. Abgesehen von der Gattung Ca. Methanofastidiosum sind hier nur als gesichert gelistete Spezies angegeben.

Eine alternative Zuordnung der Gattung Ca. Methanofastidiosum geschieht nach LPSN und NCBI in eine eigene Klasse Ca. Methanofastidiosa corrig. Nobu et al. 2016, Klade Stenosarchaea Aouad et al. 2018 innerhalb der Euryarchaeota.[17][18]

Viren

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Bis 2012 wurden Archaeen der Familie Thermococcaceae nur zwei Viren isoliert:[23]

Die TPV1-Partikel haben eine zitronenförmige Morphologie (140 nm × 80 nm). TPV1 könnte wie auch PAV1 zu der Virusfamilie Fuselloviridae angehören. TPV1 enthält eine doppelsträngige zirkuläre DNA von 21,5 kbp, dieses Genom umfasst nach Vorhersage 28 Gene. Die Infektion mit TPV1 verursacht keine Lyse des Wirts, die Virusreplikation kann durch UV-Bestrahlung ausgelöst werden.[23]

Anwendungen

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Gemeinsames Primase-bindendes Peptid in PolD aon Thermococcaceae (Pyrococcus, Ther­mo­coccus) und eukaryotischer Polα (Homo sapiens)

Die pfu-DNA-Polymerase (isoliert aus Pyrocccus furiosus) und die Vent-DNA-Polymerase (isoliert aus Thermococcus litoralis) sind aufgrund ihrer hohen Hitzebeständigkeit (Thermotoleranz) und ihrer Proofreading-Aktivität gut geeignet für all jene Anwendungen, bei denen geringe Fehlerraten beim Nukleotideinbau wichtig sind. Sie werden daher heute bei der PCR-Analytik bevorzugt gegenüber Polymerasen aus den Bakterienspezies Thermus aquaticus und Thermus thermophilus.[26]

Literatur

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Commons: Thermococci – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b Wolfram Zillig, Anna-Louise Reysenbach: Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume 1: The Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria. Hrsg.: David R. Boone, Richard W. Castenholz. 2nd Auflage. Springer Verlag, New York 2001, ISBN 0-387-98771-1, Class IV (sic) [V]. Thermococci class. nov., S. 169 (archive.org).
  2. ↑ a b Thomas Cavalier-Smith: The neomuran origin of archaebacteria, the negibacterial root of the universal tree and bacterial megaclassification. In: Int. J. Syst. Evol. Microbiol., Band 52, Nr. Pt 1, Januar 2002, S. 7–76, doi:10.1099/00207713-52-1-7. PMID 11837318
  3. ↑ George M. Garrity, John G. Holt: Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume 1: The Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria. Hrsg.: D. R. Boone, R. W. Castenholz. 2. Auflage. Springer Verlag, New York 2001, ISBN 0-387-98771-1, Phylum AII. Euryarchaeota phy. nov., S. 169 (archive.org).
  4. ↑ a b NCBI: Thermococci und Thermococci Zillig and Reysenbach 2002 (class); graphisch: Thermococci, auf: LifeMap NCBI Version.
  5. ↑ Thermococci, auf: OneZoom
  6. ↑ a b LPSN: Thermococci Zillig and Reysenbach 2002
  7. ↑ a b WoRMS: Thermococci (Bitte den Schalter „marine only“ deaktivieren)
  8. ↑ a b G. B. Slobodkina (Г. Б. Слободкина): Молекулярная детекция представителей гипертермофильных архей и характеристика архейной термостабильной ДНК-полимеразы Архивировано (Memento des Originals vom 9. Mai 2012 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.nauka-shop.com (Molecular detection of representatives of hyperthermophilic archaea and characterization of archaeal thermostable DNA polymerase), Dissertation im Bereich Biowissenschaften, 2005, 188 Seiten, archiviert/Epub 9. März 2012, (russisch)
  9. ↑ Gerhard Fiala, Karl O. Stetter: Pyrococcus furiosus sp. nov. represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing optimally at 100°C. In: Archives of Microbiology, Band 145, Juni 1986, S. 56–61, doi:10.1007/BF00413027.
  10. ↑ Evelyne Marguet, Marie Gaudin, Emilie Gauliard, Isabelle Fourquaux, Stephane le Blond du Plou, Ikuo Matsui, Patrick Forterre: Membrane vesicles, nanopods and/or nanotubes produced by hyperthermophilic archaea of the genus “Thermococcus”. In: Biochem Soc Trans. Band 41, Nr. 1, 29. Januar 2013, S. 436–442. (portlandpress.com) doi:10.1042/BST20120293. PMID 23356325.
  11. ↑ Edmond Jolivet, Stéphane L'Haridon, Erwan Corre, Patrick Forterre, Daniel Prieur: Thermococcus gammatolerans sp. nov., a hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent that resists ionizing radiation. In: Int. J. Syst. Evol. Microbiol., Band 53, Nr. Pt 3, Mai 2003, S. 847–851, doi:10.1099/ijs.0.02503-0. PMID 12807211.
  12. ↑ Margarita L. Miroshnichenko, Gregory M. Gongadze, Fred A. Rainey, Alla S. Kostyukova, Anatoly M. Lysenko, Nikolai Alexeevitch Chernyh, Elizaveta A. Bonch-Osmolovskaya: Thermococcus gorgonarius sp. nov. and Thermococcus pacificus sp. nov.: heterotrophic extremely thermophilic archaea from New Zealand submarine hot vents. In: Int. J. Syst. Bacteriol. Band 48, Nr. Pt 1, 1. Januar 1998, S. 23–29. (microbiologyresearch.org) doi:10.1099/00207713-48-1-23. PMID 9542072.
  13. ↑ Jan P. Amend, D'Arcy R. Meyer-Dombard, Seema N. Sheth, Natalya Zolotova, Andrea C. Amend: Palaeococcus helgesonii sp. nov., a facultatively anaerobic, hyperthermophilic archaeon from a geothermal well on Vulcano Island, Italy. In: Archives of Microbiology, Band 179, Nr. 6, April/Juni 2003, S. 394–401, doi:10.1007/s00203-003-0542-7.
  14. ↑ K. L. Rogers, Jan P. Amend: Archaeal diversity and geochemical energy yields in a geothermal well on Vulcano Island, Italy. In: Geobiolog, Band 3, Nr. 4, Oktober 2005/3. März 2006, S. 319–332, doi:10.1111/j.1472-4669.2006.00064.x
  15. ↑ a b Genome Database (GTDB): Thermococci
  16. ↑ a b c Masaru Konishi Nobu, Takashi Narihiro, Kyohei Kuroda, Ran Mei, Wen-Tso Liu: Chasing the elusive Euryarchaeota class WSA2: genomes reveal a uniquely fastidious methyl-reducing methanogen. In: Nature. ISME Journal, Band 10, Nr. 10, Oktober 2016, S. 2478​–2487. nature.com doi:10.1038/ismej.2016.33, PMC 5030686 (freier Volltext). PMID 26943620, Epub 4. März 2016.
  17. ↑ a b LPSN: Genus "Candidatus Methanofastidiosum"
  18. ↑ a b NCBI: "Candidatus Methanofastidiosum" Nobu et al. 2016 (genus); graphisch: Candidatus Methanofastidiosum, auf: LifeMap NCBI Version.
  19. ↑ a b Midas: Methanofastidiosales
  20. ↑ Wolfram Zillig, Ingelore Holz, Hans-Peter Klenk, Jonathan Trent, Simon Wunderl, Davorin Janekovic, Erwin Imsel, Birgit Haas: ​Pyrococcus woesei, sp. nov., an ultra-thermophilic marine Archaebacterium, representing a novel order, Thermococcales. In: Syst. Appl. Microbiol., Band 9, Nr. 1–2, Februar 1987, S. 62–70; doi:10.1016/S0723-2020(87)80057-7, bibcode:1987SyApM...9...62Z (englisch).
  21. ↑ a b Midas: Genus: Candidatus Methanofastidiosum. Alternative Names: WCHA1–57. Microbial Database for Activated Sludge and Anaerobic Digesters, Universität Aalborg (AAU), Dänemark.
  22. ↑ Stefano Fazi et al.: High concentrations of dissolved biogenic methane associated with cyanobacterial blooms in East African lake surface water. In: Nature Communications, Band 4, Nr. 845, 7. Juli 2021, doi:10.1038/s42003-021-02365-x.
  23. ↑ a b Aurore Gorlas, Eugene V. Koonin, Nadège Bienvenu, Daniel Prieur, Claire Geslin: TPV1, the first virus isolated from the hyperthermophilic genus Thermococcus. In: Environmental Microbiology, Special Issue: Taxonomy and Biodiversity, Band 14, Nr. 2, Februar 2012, S. 503–516; doi:10.1111/j.1462-2920.2011.02662.x, PMID 22151304, PMC 5935114 (freier Volltext) (englisch). Dazu:
    • F. Orange, A. Chabin, Aurore Gorlas, S. Lucas-Staat, Claire Geslin, M. Le Romancer, David Prangishvili, Patrick Forterre, F. Westall: Experimental fossilisation of viruses from extremophilic Archaea. In: Biogeosciences Discuss. Band 8, 4. März 2011, S. 2235–2257; doi:10.5194/bgd-8-2235-2011 (englisch).
  24. ↑ NCBI Taxonomy Browser: Thermococcus prieurii virus 1.
  25. ↑ NCBI Taxonomy Browser: Pyrococcus abyssi virus 1.
  26. ↑ Taq-DNA-Polymerase. Lexikon der Biologie auf spektrum.de, 1999.
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