Methanosphaera

Die Gattung Methanosphaera kommt im Darmtrakt verschiedener Säugetiere – vom Känguru bis zum Menschen, s. u. – vor. Sie wurde 1985 anhand der Oligonukleotidsequenz seiner 16S-rRNA von anderen Gattungen der Familie Methanobacteriaceae unterschieden.^[5] Wie andere Archaeen innerhalb dieser Familie sind auch die Arten von Methanosphaera Methanogene, aber während die meisten Formiat zur Reduktion von Kohlendioxid verwenden, benutzt Methano­sphaera Wasserstoff, um Methanol zu Methan zu reduzieren.^[6]

M. stadtmanae ist ein Bewohner des menschlichen Darms (Darm-Mikrobiom). Die Spezies hat den am stärksten eingeschränkten Energiestoffwechsel aller methanogenen Archaeen (Stand 2006). Als typischer Vertreter ihrer Gattung kann sie Methan (CH₄) nur durch Reduktion von Methanol (CH₃OH) mit Wasserstoff (H₂) erzeugen und ist auf Acetat als Kohlenstoffquelle angewiesen. Im menschlichen Darm entsteht das Methanol als Produkt des Pektinabbaus durch anaerobe Bakterien wie z. B. der Gattung Bacteroides.^[7]

Metabolismus

In M. stadtmanae ist die Reduktion von Methanol mit H₂ zu Methan über das elektrochemische Protonenpotenzial mit der ADP-Phosphorylierung (zu ATP, siehe ATP-Synthase) gekoppelt. Dass M. stadtmanae als Mitglied der Ordnung Methanobacteriales auf Methanol und H₂ als Energiesubstrate wachsen kann, ist ungewöhnlich; denn dies ist eine Eigenschaft, die sonst nur Mitgliedern der Ordnung Methanosarcinales vorbehalten ist. Bemerkenswert ist außerdem, dass M. stadtmanae weder Methanol zu CO₂ oxidieren, noch CO₂ zu Methan reduzieren kann. Dieser Organismus ist nicht in der Lage, autotroph auf CO₂ zu wachsen, sondern benötigt neben CO₂ auch Acetat als Hauptkohlenstoffquellen.^[7]

Genom

Das Genom von M. stadtmanae Stamm DSZM 3091^[7] alias DSM 3091^[2] wurde 2006 von Wolfgang Fricke et al. sequenziert. Es hat eine Größe von 1.767.403 bp (Basenpaaren) bei einem durchschnittlichen G+C-Gehalt von 28 %. Es enthält nur 1.534 proteinkodierende Sequenzen (CDS); dabei fehlen 37 CDS, die in den Genomen aller anderen Methanogene vorhanden sind. Insbesondere fehlen die CDS (Gene) für die Synthese von Molybdopterin und für die Synthese des Kohlenmonoxid-Dehydrogenase/Acetyl-Coenzym-A-Synthase-Komplexes (CODH/ACS, siehe Reduktiver Acetyl-CoA-Weg §Biochemie) – das ist der Grund dafür, dass M. stadtmanae CO₂ nicht zu Methan reduzieren oder Methanol zu CO₂ oxidieren kann, und folglich für die Biosynthese von Zellkomponenten auf Acetat angewiesen ist.^[7]

Im Genom von M. stadtmanae wurden jedoch vier Sätze von mtaABC-Genen gefunden, die für Methanol:Coenzym-M-Methyltransferasen^[8] kodieren. Diese Gene weisen Homologie zu mta-Genen^[9] auf, die zuvor in Methanosarcina-Arten identifiziert wurden. Das Genom von M. stadtmanae enthält darüber hinaus mindestens 323 CDS, die in den Genomen aller anderen Archaeen nicht vorhanden sind (Stand 2006).^[7]

M. cuniculi ist ein nicht beweglicher, grampositiver, kugelförmiger Mikroorganismus, der zuerst 1988 aus dem Darmtrakt von Kaninchen isoliert wurde. Für sein Wachstum sind sowohl Wasserstoff als auch Methanol erforderlich. Auf Substratbasis von Wasserstoff plus Kohlen­dioxid, Formiat, Acetat, Methylaminen, Ethanol oder Isopropanol wurde kein Methan produziert. Der optimale pH-Wert liegt bei 6,8 und die optimale Temperatur bei 35 bis 40 °C. Der G+C-Gehalt der DNA beträgt 23 mol%. Die Pseudomurein-Zellwand enthält Serin. Aufgrund dieser Eigenschaften und die Ergebnisse immunologischer Analysen wurde die Spezies der Gattung Methanosphaera als weitere Art zugeordnet.^[10]

Per Metagenom-Analysen wurden andere Stämme dieser Art, MGYG-HGUT-04410 und SRR16279946_bin.7_MetaWRAP_v1.3_MAG, ebenfalls im menschlichen Stuhl bzw. Darm-Mikrobiom identifiziert.^[4]

„Ca. M. massiliense“ wurde durch Kultivierung unter Verwendung eines wasserstoff- und kohlendioxidfreien Mediums aus einer menschlichen Stuhlprobe isoliert. Dieser Mikro­organismus hat nicht bewegliche, 850 nm große, grampositive kokkenförmige Zellen, die bei einer Wellenlänge von 420 nm autofluoreszieren. Die Sequenzierung des Gesamtgenoms ergab einen GC-Gehalt von 29,7 % u d eine Genomgröße von 1.785.773 bp. Das Genom kodiert für Alkohol- und Aldehyd-Dehydrogenasen, die das Wachstum ohne Wasserstoff fördern. Das Screening zusätzlicher Säugetier- und Humanfäkalien unter Verwendung eines spezifischen, aus der Genomsequenz abgeleiteten DNA-Polymerase-RT-PCR-Systems ergab eine Prävalenz (Häufigkeit des Vorkommens im Darm-Mikrobiom) von 22 % bei Schweinen, 12 % bei Roten Riesenkängurus, aber keine Nachweisbarkeit in 149 anderen Humanproben.^[11]

Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)^[2] und dem National Center for Biotechnology Information (NCBI),^[4] mit Ergänzungen nach der Genome Taxonomy Database (GTDB).^[3] Stand: 13. November 2025.

Gattung Methanosphaera Miller & Wolin 1985^(L,N,G)[12]

• Spezies Methanosphaera cuniculi Biavati et al. 1990^(L,N,G)[10]
  • Stamm DSM 4103^(L,N,G) alias OCM 183^(L,N)
  • Stamm 1R-7^(G) alias 1R7^(L,N)
    – in der LPSN und der NCBI-Taxonomie ein Alias von DSM 4103^(L,N)
    − Fundort: Darmtrakt von Kaninchen
  • Stamm MGYG-HGUT-04410^(N,G)
    – Fundort: per Metagenomik im menschlichen Darm-Mikrobiom^(N)
  • Stamm Lapin-003-2__bin24^(N,G)
    – Fundort: per Metagenomik im Darm-Mikrobiom von Kaninchen^(N)
  • Stamm SRR16279946_bin.7_MetaWRAP_v1.3_MAG^(G,N)
    − Fundort: menschlicher Stuhl^(N)

• Spezies „Candidatus Methanosphaera massiliense“ Pilliol et al. 2024^(L,N,P) [Methanosphaera sp. Vir-13MRS^(N), Methanosphaera sp. SHI1033^(N), Methanosphaera sp. RUG761^(P), Methanobacteriaceae archaeon UBA254^(N)]
  • Stamm BB6 alias Q7470, CSUR 875^(L), CSUR WDCM 875^(P), Vir-13MRS^(N,G), CSUR:Q7470^(N)
    – Fundort: Stuhl gesunder Menschen, die Spezies ist aber auch weit verbreitet in Schweinen und Roten Riesenkängurus^(P)
  • Stamm SHI1033^(N,G,P)
    – Fundort: Darm-Mikrobiom/Kot von Schafen, Neuseeland^(N)
  • Stamm UBA254^(N,G)
  • Stamm RUG761^(N,G,P)
    – Fundort: Bovinae^(P)
  • Stamm RUG12825^(G)
  • Stämme SUG2198; SUG2184^(G)
    – Fundort: Darm-Mikrobiom von Schweinen, Kanada^(N)
  • Stamm SRR873602_bin.81_metaWRAP_v1.3_MAG^(G)
    – Fundort: Darm-Mikrobiom von Schafen^(N)
  • Stamm MGYG-HGUT-04563^(G)
    – Fundort: Darm-Mikrobiom des Menschen^(N)

• Spezies Methanosphaera stadtmanae corrig. Miller & Wolin 1985^(L) bzw. Miller & Wolin 1985^(N)[7][1] [Methanosphaera stadtmaniae Miller & Wolin 1985^(L,N),^[12] Methanosphaera stadtmanii^(N), Methanosphaera sp. DEW79^(N), Methanosphaera sp. A6^(N)] (Typusart^(L))
  • Stamm DSZM 3019^[7] alias DSM 3091^(L,N,G), ATCC 43021, JCM 11832, MCB-3 oder OCM 149^(L,N)
    – Fundort: menschlicher Stuhl
  • Stamm OH_HBlB_190^(G)
  • Stamm DEW79^(N,G)
  • Stamm A6^(N,G)
  • Stamm PA5^(G)
  • Stamm DOME_MAG_10618^(G)
  • Stamm MGYG-HGUT-02164^(G)
  • Stamm S12M_St_24^(G)
  • Stämme OH_CFB_59; OH_HBrB_257^(G)
  • Stämme SRR18940298_bin.49_MetaWRAP_v1.3_MAG; SRR16244389_bin.28_MetaWRAP_v1.3_MAG; SRR17622767_bin.108_metawrap_v1.3_MAG; SRR16280027_bin.26_MetaWRAP_v1.3_MAG^(G)
  • Stämme ERR1600540_bin.104_CONCOCT_v1.1_MAG; ERR9578286_bin.22_MetaWRAP_v1.3_MAG; ERR9762684_bin.23_MetaWRAP_v1.3_MAG; ERR260183-bin.3^(G)
  • Stämme REFINED_METABAT215_TOP10_CONTIGS_1500_ASSEMBLY_K77_MERGED__Hadza_PheChl_Fiber-Hadza-Nepal_A_2_1112.310; REFINED_METABAT215_TOP10_CONTIGS_1500_ASSEMBLY_K77_MERGED__Hadza_PheChl_Fiber-Hadza-Nepal_I_12_1518.106^(G)

• Spezies Methanosphaera stadtmanae_A^(G) – abgespalten in der GTDB
  • Stamm SIG25^(G)

• Spezies Methanosphaera stadtmanae_B^(G) – abgespalten in der GTDB
  • Stamm SIG23^(G)

• Spezies Methanosphaera stadtmanae_C^(G) – abgespalten in der GTDB
  • Stamm SIG24^(G)

• Spezies Methanosphaera sp001729965^(G) [Methanosphaera sp. WGK6^(N)]
  • Stamm WGK6^(N,G,P)
    – Fundort: Westliches Graues Riesenkänguru, Perth, Australien^(N)

• Spezies Methanosphaera sp003266065^(G) [Methanosphaera sp. rholeuAM130^(N)]
  • Stamm rholeuAM130^(N,G)
  • Stamm S14M_St_38^(G)

• Spezies Methanosphaera sp003266075^(G) [Methanosphaera sp. rholeuAM74^(N)]
  • Stamm rholeuAM74^(N,G)

• Spezies Methanosphaera sp003266105^(G) [Methanosphaera sp. rholeuAM6^(N)]
  • Stamm rholeuAM6^(N,G)

• Spezies Methanosphaera sp003266145^(G) [Methanosphaera sp. SHI613^(N)]
  • Stamm SHI613^(N,G)
  • StammSRR873604_bin.139_metaWRAP_v1.3_MAG^(G)

• Spezies Methanosphaera sp003268005^(G) [Methanosphaera sp. BMS^(N)]
  • Stamm BMS^(N,G)
  • Stamm Rumen_Coassembly_mag_311^(G)
  • Stamm RGIG2559^(G)

• Spezies Methanosphaera sp016282985^(G)
  • Stamm Tb.RUG.228^(G)
  • Stamm R95_purified_bin90^(G)
  • Stamm R62_purified_bin20^(G)
  • Stamm DOME_MAG_3464^(G)

• Spezies Methanosphaera sp017431845^(G) Methanosphaera sp. ISO3-F5^(N)]
  • Stamm ISO3-F5^(N,G)
  • Stamm RGIG2546^(G)

• Spezies Methanosphaera sp021199865^(G)
  • Stamm U.4_8^(G)

• Spezies Methanosphaera sp022768985^(G)
  • Stamm SUG86^(G)
  • Stämme SUG2197; SUG2189^(G)
  • Stämme SRR14812340_bin.19_metaWRAP_v1.3_MAG; SRR13040389_bin.4_metaWRAP_v1.3_MAG^(G)

• Spezies Methanosphaera sp030539615^(G)
  • Stamm S3R_St_10^(G)

• Spezies Methanosphaera sp902797085^(G)
  • Stamm RUG14233^(G)

• Spezies Methanosphaera sp946537725^(G)
  • Stamm SRR1222429_bin.43_metaWRAP_v1.3_MAG^(G)

• Spezies Methanosphaera sp11921u^(G)
  • Stamm UBA11921^(G)
  • Stämme UBA9421; UBA237; UBA10242; UBA541^(G)
  • Stamm SRR1267595_bin.3_metaWRAP_v1.3_MAG^(G)

• Spezies Methanosphaera sp. rholeuAM270^(N)
  • Stamm rholeuAM270^(N,G)

• Spezies Methanosphaera sp. A4^(N)
  • Stamm A4^(N)

• Spezies Methanosphaera sp. TY-2^(N)
  • Stamm TY-2^(N)

• Spezies Methanosphaera sp. r00010^(N)
  • Stamm r00010^(N)

• Spezies Methanosphaera sp. R6^(N)
  • Stamm R6^(N)

• Spezies Methanosphaera sp. M5^(P)
  • Stamm M5^(P)
    – Fundort: menschliche Patienten mit Darmkrebs^(P)

• Spezies Unidentified methanogen ARC…^(N)

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(L) – List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN) inkl. Bac''Dive''^[2]

(N) – Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI)^[4]

(G) – Genome Taxonomy Database (GTDB)^[3]

(P) – Virginie Pilliol et al. (2024)^[11]

Der erstgenannte Stamm (bzw. MAG) ist jeweils der Referenzstamm.

Basierend auf 53 Markerproteinen: GTDB Release 10-RS226[13]
Methanosphaera.  M. cuniculi  .  „Ca. M. massiliense“     M. stadtmanae Vorlage:Klade/Wartung/Style

Der Gattungsname Methanosphaera setzt sich zusammen aus neulateinisch methanum ‚Methan‘ von französisch méthyle (die Vorsilbe methano- bedeutet ‚zu Methan gehörig‘), sowie altgriechisch σφαῖρα sphaîra, deutsch ‚Sphäre‘, ‚Kugel‘; Methanosphaera meint also eine Methan-produzierende Sphäre.^[2]

• Das Art-Epitheton cuniculi ist lateinischer Genitiv von cuniculus ‚Kaninchen‘;^[2]

• das Art-Epitheton massiliense ist neulateinisch mit der Bedeutung ‚aus Massilia‘/‚zu Massilia gehörig‘; Massilia ist der antike Name von Marseille, wo dieses Archaeon entdeckt wurde;^[2]

• das Art-Epitheton stadtmanae ist ebenfalls neulateinisch und ehrt Thressa C. Stadtman (1920–2016) für ihre bedeutenden Beiträge zur Mikrobiologie und Biochemie der Methanogenen^[2] (siehe Liste der Mitglieder der National Academy of Sciences/1981).