Methanoregula

Fundort und Kultivierung der Typusart

Der Referenzstamm 6A8 der Typusart Methanoregula boonei stammt von dem kleinen, sauren Moor (pH-Wert 4,1) namens McLean Bog zwischen dem Beaver Creek im Norden und dem Mud Pond^[5] im Süden bei der Ortschaft McLean^[6] im US-Bundesstaat New York. Das Antibiotikum Rifampicin ermöglichte die Anreicherung von Wasserstoff und Kohlendioxid (H₂+CO₂) konsumierenden methanogenen Archaeen in der Torfprobe aus dem Moor und verhinderte das Wachstum von H₂+CO₂-konsumierenden acetogenen Bakterien. Der Stamm 6A8 wurde kultiviert im anaeroben PM1-Medium,^[7] einem Kulturmedium mit geringer Ionenkonzentration, das durch den organischen Puffer Homopipes^[8][9] (pKa-Wert 4,7 bei 28 °C) auf einen pH-Wert von ca. 5,1 gepuffert wurde.^[3]

Der Stamm 6A8 verwendet H₂+CO₂ als Substrat für seine methanogene Lebensweise, Die Verdopplungszeit beträgt von fast zwei Tage bei Standardwachstumsbedingungen (pH-Wert von 5,1 und Temperatur 28 °C). Er konsumiert weder Formiat, noch Ethanol, Methanol oder Acetat. Neben mineralischen Nährstoffen benötigte er jedoch Vitamine, Hefeextrakt, Coenzym M und niedrige Acetatkonzentrationen vom unter 0,2 ᴍ (mol/ℓ) im Medium. Der optimale pH-Wert für die Methanogenese liegt bei etwa 5, bei einem pH-Wert von 4,0 oder 5,8 findet nur noch eine geringe Methanogenese statt. Die optimale Temperatur liegt bei etwa 37 °C, bei 10 °C verläuft die Methanogenese nur noch langsam, bei 4 °C gar nicht mehr.^[3]

Morphologie

Der Stamm 6A8 besteht aus zwei Morphotypen – dünnen, geraden Stäbchenzellen (mit 0,2–0,3 mm Durchmesser, 0,8–3,0 mm Länge) und unregelmäßigen kokkoiden Zellen (0,3–0,8 mm Durchmesser). Die kokkoiden Zellen machten nur 5–8 % der Gesamtzellzahl aus, waren aber in allen Wachstumsphasen vorhanden. Bei der mikroskopischen Untersuchung wachsender Kulturen wurde Zellteilung bei den stäbchen­förmigen Zellen beobachtet, nicht jedoch bei den kokkoiden Zellen. Die Teilung in den stäbchenförmigen Zellen ist jedoch manchmal asymmetrisch, was zur Bildung der kokkoiden Zellen führen kann.^[3]

Wimpertierchen-Wirte

Obwohl die Wimpertierchen mehrheitlich eine aerobe Lebensweise aufweisen, umfassen die meisten ihrer Hauptlinien (Klassen) auch frei lebende oder endobiotische Gruppen, die sekundär zu einer anaeroben Lebensweise übergegangen sind. Diese Übergänge sind gekennzeichnet durch eine Umwandlung ihrer (Sauerstoff atmenden) Mitochondrien in sog. mitochondrienähnliche Organellen (mitochondrion-related organelles, MROs) und dem Erwerb von prokaryotischen Symbionten (Bakterien oder Archaeen), die ihren fermentativen Stoffwechsel erleichtern. Es wird allgemein angenommen, dass es sich hierbei um syntrophische Partnerschaften handelt, in der die symbiotischen Prokaryoten (in der Regel methanogene Archaeen oder Sulfat-reduzierende Bakterien), die Endprodukte der Fermentation der Wirts-MROs, hauptsächlich Wasserstoff (H₂), während der Methanogenese oder Sulfatreduktion nutzen. Diese Syntrophie führt zu einer höheren Energieeffizienz für den Wirt und zur Produktion von Methan respektive Schwefelwasserstoff.^[2]

In ihrer 2024 erschienen Arbeit untersuchten Daniel Méndez-Sánchez et al. insgesamt 53 anaerobe Wimpertierchenstämme aus langfristig stabilen polyxenischen Kulturen,^{[A. 1]} davon 42 aus Süßwassersedimenten, 11 aus Brack- und Meerwassersedimenten und eine Bodenprobe aus verschiedenen Teilen der Erde. In diesen fanden sich eine Reihe frei lebender anaerober Wimpertierchen-Spezies, hauptsächlich aus der Ordnung Metopida (aber auch die Verwandte Armophorida). Die methanbildenden Archaeen gehörten zu den drei Gattungen Methanoregula, Methanobacterium und Methanocorpusculum.^[2]

Dabei stand sie taxonomische Stellung des Wirts (Gattung und darüber) und seine Umgebung (d. h. selber endobiotisch, maritim/brackig oder frei im Süßwasser lebend) in Beziehung zur Identität der Methanogenen auf Gattungsebene, was für eine starke Spezifität und „Treue“ in der jeweiligen Assoziation spricht. Um das Potenzial für eine horizontale Übertragung der methanogenen Symbionten zwischen verschiedenen Wimpertierchenarten bzw. die Stabilität der Symbionten zu testen, wurden Paare von Wimpertierchen aus bereits etablierten Kulturen gemischt und gemeinsam kultiviert und nach angemessener Zeit analysiert (siehe unten).^[2]

Amöben-Wirte

Bereits im Jahr 2023 hatten Sebastian C. Treitli et al. die Amöben-Spezies Pelomyxa schiedti (mit Stamm SKADARSKE) auf Endosymbionten hin untersucht. Pelomyxa^[10] ist eine Gattung anaerober Amöben, die in Gemeinschaft mit mehreren prokaryotischen Endosymbionten leben. Polyxenischen Kulturen^{[A. 1]} von P. schiedti SKADARSKE bestanden außer aus dem Pelomyxa-Wirt aus folgenden Endosymbionten:

• dem Bakterium „Candidatus Syntrophus pelomyxae“, Stamm SKADARSKE-3 [Syntrophus sp. SKADARSKE-3]^[11] (Gattung Syntrophus,^[12] Klasse Deltaproteobacteria)
• dem Bakterium „Candidatus Vesiculincola pelomyxae“, Stamm SKADARSKE-1^[13] (Familie „Acutalibacteraceae“, Ordnung Clostridiales^[14] bzw. Fam. Oscillospiraceae, Ord. Eubacteriales;^[15] jedenfalls Klasse Clostridia)
• dem methanogenen Archaeon „Candidatus Methanoregula pelomyxae“ (Stamm SKADARSKE-2)^[16]

Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und Elektronenmikroskopie (EM) zeigten, dass das Bakterium „Ca. V. pelomyxae“ innerhalb von Vesikeln lokalisiert ist, während die anderen Endosymbionten frei im Zytosol vorkommen, wobei „Ca. Mr. pelomyxae“ um den Zellkern herum angereichert ist. Genom- und Transkriptom-basierte Rekonstruktionen des Stoffwechsels legen nahe, dass der Stoffwechsel von P. schiedti Einfachzucker (Monosaccharide) produziert, die außer dem eigenen Stoffwechsel auch den Stoffwechsel von „Ca. V. pelomyxae“ antreiben, während „Ca. Syntrophus pelomyxae“ vom Abbau von Butyrat und Isovalerat aus der Umgebung lebt.^[14]

„Ca. Mr. pelomyxae“ selbst ist typisch für Methanoregula-Angehörige ein schlankes, stäbchenförmiges Archaeon, das endosymbiotisch im Zytoplasma der Gattung Pelomyxa (Archamoebae) vorkommt. FISH-Hybridisieren ist mit der spezifischen Oligonukleotid-Sonde Meth-P-972 möglich. Aufgrund von phylogenetischen Analysen der 16S-rRNA wurde das Archaeon als Kandidat der Gattung Methanoregula zugeordnet.^[14]

Beide Bakterienarten und die Amöbe verwenden Hydrogenasen, um die Elektronen auf Wasserstoff zu übertragen. Dies ist ein Prozess, der einen niedrigen Wasserstoff-Partialdruck erfordert, d. h. erzeugter Wasserstoff (H₂) muss sofort wieder entfernt werden. Dies wird durch den dritten Endosymbionten, „Ca. Mr. pelomyxae“ erreicht, der H₂ und Formiat für die Methanogenese verbraucht. Eine interessante Konsequenz ist folgende: Während die beiden bakteriellen Symbionten durch eine Behandlung mit Vancomycin eliminiert werden können, ohne die Lebensfähigkeit der Amöben zu beeinträchtigen, tötete die Behandlung mit 2-Bromethansulfonat (BES),^[17] einem spezifischen Inhibitor (Hemmstoff) der Methanogenese, die Amöben ab – was auf die Unentbehrlichkeit der Methanogenese für dieses endosymbiotische Konsortium hindeutet.^[14]

Bedeutung

In einigen anoxischen Umgebungen können die methanogenen Symbionten von Protisten wie Wimpertierchen oder Amöben erheblich zur biogenen Produktion des starken Treibhausgases Methan beitragen, was ein wichtiges Kriterium für Klimamodelle ist.^[2][14]

Die Gattung Methanoregula zählt zu der Ord­nung Methano­microbiales in der Klasse Methano­microbia^[1][18][19] des Archaeen-Reichs Methano­bacteriati.^[1][18] Im Detail sieht die maß­gebliche List of Prokaryotic names with Standing in Nomen­clature (LPSN) und die Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI) die Gattung in der Familie Methano­regulaceae und die Klasse Methano­microbia im Phylum Methano­bacteriota;^[1][18] die Genome Taxonomy Database (GTDB) klassifiziert die Gattung abweichend in die Familie Methano­spirillaceae, und die Klasse Methano­microbia in das Phylum Halo­bacteriota^[19] (Stand Ende Dezember 2025).

Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)^[1] und dem National Center for Biotechnology Information (NCBI),^[18] ergänzt um Einträge aus der Genome Taxonomy Database (GTDB),^[19] Stand: 29. Dezember 2025 (auszugsweise):

Gattung Methanoregula Bräuer et al. 2011^(L,N,G) [„Candidatus Methanoregula“ Bräuer et al. 2006]^[3]

• Spezies Methanoregula boonei Bräuer et al. 2011^(L,N,G) (Typusart^(L,G))^[3]
  • Stamm 6A8^(L,N,G) alias DSM 21154 oder JCM 14090^(L,N)

• Spezies Methanoregula formicica Yashiro et al. 2011^(L,N)[4]
  • Stamm SMSP^(L,N,G) alias DSM 22288 oder NBRC 105244^(L,N)

• Spezies Methanoregula sp002067035^(G) [Methanoregula sp. PtaB.Bin085^(N), Methanoregula sp. PtaU1.Bin006^(N)]^[20]
  • Stamm PtaB.Bin085^(N,G)
  • Stamm PtaU1.Bin006^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002495055^(G) [Methanoregula sp. UBA247^(N), Methanoregula sp. UBA469^(N), Methanoregula sp. UBA450^(N)]
  • Stamm UBA247^(N,G)
  • Stamm UBA469^(N,G)
  • Stamm UBA450^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002495065^(G) [Methanoregula sp. UBA471^(N)]
  • Stamm UBA471^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002502245^(G) [Methanoregula sp. UBA154^(N), Methanoregula sp. UBA244^(N), Methanoregula sp. UBA274^(N), Methanoregula sp. UBA434^(N). Methanoregula sp. UBA143^(N), Methanoregula sp. UBA452^(N)]
  • Stamm UBA154^(N,G)
  • Stamm UBA244^(N,G)
  • Stamm UBA274^(N,G)
  • Stamm UBA434^(N,G)
  • Stamm UBA143^(N,G)
  • Stamm UBA452^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002502735^(G) [Methanoregula sp. UBA64^(N)]
  • Stamm UBA64^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002508495^(G) [Methanoregula sp. UBA276^(N)]
  • Stamm UBA276^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002835825^(G) [Methanoregula sp. isolate PD_MW2_B^(N)]
  • Stamm PD_MW2_B^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002839605^(G) [Methanomicrobiales archaeon HGW-Methanomicrobiales-3^(N)]
  • Stamm HGW-Methanomicrobiales-3^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp002839675^(G) [Methanomicrobiales archaeon HGW-Methanomicrobiales-1^(N)]
  • Stamm HGW-Methanomicrobiales-1^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp003136075^(G) [Methanoregula sp. isolate fen_60^(N)]
  • Stamm fen_60^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp003141335^(G)
  • Stamm fen_80^(G)

• Spezies Methanoregula sp003154335^(G)
  • Stamm fen_63^(G)
  • Stamm …^(G)

• Spezies Methanoregula sp003157895^(G)
  • Stamm fen_47^(G)
  • Stamm …^(G)

• Spezies Methanoregula sp003170075^(G)
  • Stamm fen_34^(G)

• Spezies Methanoregula sp012798365^(G)
  • Stamm AS27yjCOA_146^(G)

• Spezies Methanoregula sp015660885^(G)
  • Stamm SPRUCE.2016.20.metabat2.79^(G)

• Spezies Methanoregula sp019695435^(G)
  • Stamm SPRUCE.2016.34.maxbin2.041^(G)

• Spezies Methanoregula sp022710665^(G)
  • Stamm RA.bin40^(G)
  • Stamm AMR_MDS_3198^(G)

• Spezies Methanoregula sp030919125^(G) [Methanoregula sp. SKADARSKE-2^(N)]
  • Stamm SKADARSKE-2^(N)

• Spezies Methanoregula sp. UBA278^(N)
  • Stamm UBA278^(N,G)

• Spezies Methanoregula sp. PtaU1.Bin051^(N) [MVRE01 sp002067895^(G) – in der GTDB Mitglied der Familie Methanospirillaceae, Ordnung Methanomicrobiales, Klasse Methanomicrobia, Phylum Halobacteriota
  • Stamm PtaU1.Bin051^(N,G)
• Spezies …^(N) – weitere nicht als Endosymbionten nachgewiesene Arten und Stämme

Endosymionten:

• Spezies „Candidatus Methanoregula pelomyxae“ Treitli et al. 2023^[14] [Methanoregula sp. SKADARSKE-2^(N)]

  – Wirt: Pelomyxa schiedti, Stamm SKADARSKE.^[14]

  • Stamm SKADARSKE-2^(N) – NCBI-Nucleotide-Zugriffsnummer: CP121470^[16]

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Brachonella contorta^(N,M)

  – Wirt: Brachonella contorta (Levander, 1894) Jankowski, 1964 [Metopus contortus Levander, 1894]^{[A. 2](N)}

  • Stamm GRANCA^(N)
    – Fundort: Gran Canaria^(M)
  • Stämme JACO; JACO-2^(N)
    – Fundort: Bijagual,^[21] Provinz Puntarenas, Costa Rica^(M)
  • Stämme LEDY-1; LEDY-2; LEDY-5^(N)
    – Fundort: Kunratický les, Prag^(M)
  • Stämme VELKAL; VELKAL-NS^(N)
    – Fundort: Kaly Pond, Hostivice^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Brachonella pulchra^(N,M)

  – Wirt: Brachonella pulchra [Metopus pulcher Kahl, 1927 und Brachonella sp. IC-2018a]^{[A. 2](N)}

  • Stämme BOPAT-1; BOPAT-2; BOPAT-3; BOPAT-NS; BOPAT-NS1^(N)
    – Fundort: Smíchousův Pond, Český ráj (Bohemian Paradise area), Tschechien^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Caenomorpha medusula^(N,M)

  – Wirt: Caenomorpha medusula Perty, 1852^{[A. 3](N)}

  • Stämme GROSERDU-1; GROSERDU-2; GROSERDU-NS^(N) alias Mr. symbiont Ll^(M)
    – Fundort: Großer Dutzendteich, Nürnberg^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Longitaenia gibba^(N,M)

  – Wirt: Longitaenia gibba (Kahl, 1927) [Metopus gibbus Kahl, 1927 & Metopidae sp. IvC-2019c]^{[A. 2](N)}

  • Stamm DERMI-NS^(N) alias Mr. symbiont L2^(M)
    – Fundort: Demir Kapija, Vardar^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Tropidoatractus ariella^(N,M)

  – Wirt: Tropidoatractus ariella Van As, Basson & Van As, 1998^{[A. 4](N)}

  • Stämme KUCR13^(N) alias Mr. symbiont L4^(M); KUCR13mixKUSUS-1; KUCR13mixKUSUS-2; KUCR13mixKUSUS-3; KUCR13mixKUSUS-4; KUCR13mixKUSUS-NS; KUCR13mixKUTRI-1; KUCR13mixKUTRI-2; KUCR13mixKUTRI-3; KUCR13mixKUTRI-NS^(N)
    – Fundort: Červená Řečice, Dolní rybník (Unterer Teich)^(M)
  • Stämme RAJ; RAJ-NS^(N)
    – Fundort: Český ráj^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Tropidoatractus levanderi^(N,M)

  – Wirt: Tropidoatractus levanderi Van As, Basson & Van As, 1998^{[A. 4](N)}

  • Stämme: KAENG; KAENG-2; KAENG-NS^(N,M)
  • Stämme LUKIFOREST-1; LUKIFOREST-2; LUKIFOREST-NS^(N)
    – Fundort: Luki Biosphere Reserve, DR Kongo-Kinshasa^[22](M)
  • Stämme MORETES-1; MORETES-2; MORETESmixMORLE-1; MORETESmixMORLE-2, MORETESmixMORLE-3; MORETESmixMORLE-NS^(N)
    – Fundort: Morretes, Brasilien^(M)
  • Stämme RIOT; RIOTmixRIOTKU-1; RIOTmixRIOTKU-NS; RIOZ^(N)
    – Fundort: Lago Frei Leandro, Jardim Botánico Rio de Janeiro, Brasilien^(M)
  • Stämme VERNON; VERNON-NS^(N)
    – Fundort: Naturschutzgebiet Vernon Crookes, KwaZulu-Natal, Südafrika^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Tropidoatractus sp.^(N,M)

  – Wirt: Tropidoatractus sp. LERMA5^{[A. 4](N)}

  • Stämme LERMA5; LERMA5-NS^(N)
    – Fundort: Atarasquillo, Municipio Lerma, Mexiko^(M)

• Spezies Methanoregula endosymbiont of Urostomides pullus^(N,M)

  – Wirt: Urostomides pullus [Apometopus pullus & Metopus bacillatus var. pullus sowie Apometopus sp. IC-2017f]^{[A. 5](N)}

  • Stämme KLAN2BC; KLAN2BC-2; KLAN2BC-NS^(N)
    – Fundort: Süßwasserlauf neben einer Straße, Klanovice,^{[A. 6]} Prag^(M)
  • Stamm CKMOCBO^(N)
    – Fundort: Český Krumlov, Tschechien^(M)

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• L – List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN), Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ)^[1]
• N – Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI)^[18]
• G – Genome Taxonomy Database (GTDB)^[19]
• M – Daniel Méndez-Sánchez et al. (2024)^[2]

Abgesehen von den Endosymbionten ist der erste Stamm (bzw. das erste MAG) Typusstamm (englisch type strain) für die jeweilige Spezies.

Der Gattungsname Me­tha­no­re­gu­la setzt sich zusammen aus neulateinisch methano- ‚zu Methan gehörig‘ und lateinisch regula ‚Lineal‘, ‚Lamelle‘; die Bezeichnung verweist daher auf eine Methan-produzierende dünne Latte, was die Morphologie der dünnen Stäbchen beschreibt.^[1][3]

• Das Art-Epitheton boo­ne­i ist neulateinisch und ehrt David Boone für seine Pionierarbeit zu methanogenen und anaeroben Archaeen, dessen Forschung auch extremophile Methanogene umfasste, die bei niedrigen Temperaturen wachsen.^[1][3]

• Das Art-Epitheton for­mi­ci­ca bezieht sich auf neulateinisch acidum formicum, deutsch ‚Ameisensäure‘, englisch formic acid, der lat. Suffix -ica wird benutzt im Sinn von ‚gehörend zu‘, d. h. als Adjektiv formicica, deutsch ‚zur Ameisensäure gehörend‘, englisch pertaining to formic acid, Die Bezeichnung nimmt Bezug auf die Fähigkeit des Typstamms, Formiat zu verwerten.^[1][4]

• Das Art-Epitheton pe­lo­my­xae ist Genitiv von neulateinisch Pelomyxa, dem Gattungsnamen der Wirts-Amöben.^[14]

1. [1]

   polyxenische Kulturen sind Mischkulturen, im Gegensatz zu axenischen oder Reinkulturen
2. [2]

   Taxonomie: Ciliophora; Intramacronucleata; Armophorea; Metopida; Metopidae (NCBI)
3. [3]

   Taxonomie: Ciliophora; Intramacronucleata; Armophorea; Armophorida; Caenomorphidae (NCBI)
4. [4]

   Taxonomie: Ciliophora; Intramacronucleata; Armophorea; Metopida; Tropidoatractidae (NCBI)
5. [5]

   Taxonomie: Ciliophora; Intramacronucleata; Armophorea; Metopida; Apometopidae (NCBI)
6. [6]

   In der Studie fehlgeschrieben als „Klanocive“

• Judicial Commission of the International Committee on Systematics of Prokaryotes: The nomenclatural types of the orders Acholeplasmatales, Halanaerobiales, Halobacteriales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Planctomycetales, Prochlorales, Sulfolobales, Thermococcales, Thermoproteales and Verrucomicrobiales are the genera Acholeplasma, Halanaerobium, Halobacterium, Methanobacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Planctomyces, Prochloron, Sulfolobus, Thermococcus, Thermoproteus and Verrucomicrobium, respectively. Opinion 79. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 55. Jahrgang, Nr. 1, 1. Januar 2005, S. 517–518, doi:10.1099/ijs.0.63548-0, PMID 15653928 (englisch).
• J. P. Euzéby, B. J. Tindall Euzeby JP: Nomenclatural type of orders: corrections necessary according to Rules 15 and 21a of the Bacteriological Code (1990 Revision), and designation of appropriate nomenclatural types of classes and subclasses. Request for an Opinion. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 51. Jahrgang, Nr. 2, 1. März 2001, S. 725–727, doi:10.1099/00207713-51-2-725, PMID 11321122 (englisch).
• P. Rouvière, L. Mandelco, S. Winker, Carl R. Woese: A detailed phylogeny for the Methanomicrobiales. In: Systematic and Applied Microbiology. 15. Jahrgang, Nr. 3, August 1992, S. 363–371, doi:10.1016/S0723-2020(11)80209-2, PMID 11540078, bibcode:1992SyApM..15..363R (englisch).
• W. E. Balch, G. E. Fox, L. J. Magrum, Carl R. Woese, R. S. Wolfe: Methanogens: reevaluation of a unique biological group. In: Microbiology and Molecular Biology Reviews. 43. Jahrgang, Nr. 2, 1. Juni 1979, S. 260–296, doi:10.1128/MMBR.43.2.260-296.1979, PMID 390357, PMC 281474 (freier Volltext) – (englisch).