Midichloria

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Candidatus Midichloria“ (informell kurz Midichloria) ist eine Kandidaten-Gattung gramnegativer, nicht endosporenbildender Bakterien. Ihre Zellen sins stäbchenförmig mit einem Durchmesser von ca. 0,45 μm und einer Länge von ca. 1,2 μm. Die Stämme der erstmals 2004 unter dem vorläufigen Namen „Ixodes ricinus endosymbiont 1“ (IricES1) beschriebene TypusartCandidatus Midichloria mitochondrii“ sind Symbionten mehrerer Arten von Schildzecken (Familie Ixodidae) wie z. B. dem Gemeinen Holzbock (Ixodes ricinus), Ixodes holocyclus,[1] Ixodes uriae und Rhipicephalus bursa.[2] Sie leben in den Zellen des Eierstocks (Ovarien) der Weibchen dieser Zeckenarten, wo sie in den Mitochondrien dieser Wirtszellen beobachtet wurden. Dieses Phänomen wurde zuvor bei keinem anderen Symbionten von Tieren beschrieben.[3]

Schnelle Fakten Systematik, Wissenschaftlicher Name ...
Midichloria

TEM-Aufnahme von „Ca. M. mitochondrii“ (a) im Mitochondrium einer Eizelle des Gemeinen Holzbocks (Ixodes ricinus: Schildzecken);
mitochondriale Matrix (b), mitochondriale Membran ()

Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Stamm: Pseudomonadota
Klasse: Alphaproteobacteria
Ordnung: Rickettsiales
Familie: Ca. Midichloriaceae
Gattung: Midichloria
Wissenschaftlicher Name
Candidatus Midichloria
Sassera et al. 2006
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TEM-Aufnahmen von „Ca. M. mitochondrii“ in den Mitochondrien (M) der Oocyten des Ge­mei­nen Holzbocks (I. ricinus). Die Bakterien (bac) befinden sich zwischen der inneren (🟊, gelb) und der äußeren () mitochondrialen Membran.
3D-Rekonstruktion: Zellen von „Ca. M. mi­to­chondrii“ und Mitochondrien der Oocyten des Gemeinen Holzbocks (Ixodes ricinus); Balken: 500 nm.
3D-Rekonstruktion von Oocyten des Gemeinen Holzbocks (I. ricinus) und „Ca. M. mi­to­chondrii“, in verschiedenen Ent­wick­lungs­stadien,[A. 1] linke Reihe: Mitochondrien (gelb) und Bakterien (grün), Mitte: nur Mito­chondrien, rechts: nur die Bakterien.

Parasitismus

Candidatus Midichloria“-Bakterien scheinen die von ihnen parasitierten Mitochondrien als Energiequelle zu nutzen und von den dort vorzufindenden Substanzen zu leben und für ihre Vermehrung zu nutzen. Die genaue Beziehung dieser Symbionten zu ihrem Wirt war 2006 noch nicht bekannt, obwohl die bei manchen Schildzecken 100-prozentige Prävalenz in den Weibchen der Wirtszecken deutete auf eine mutualistische Beziehung hin.[3] Obwohl es keine Beweise dafür gibt, dass die bis zu 20 Bakterienzellen in den Mitochondrien der Schildzecke Rhipicephalus bursi schädliche Auswirkungen auf den Wirt haben, wurde die Prävalenz in R. bursi 2008 auf 33 % bei Weibchen und 14 % bei Männchen geschätzt. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Beziehung möglicherweise komplizierter ist als bis dato angenommen.[2] Bei Gemeinen Holzbock (Ixodes ricinus) waren 2004 zwischen 10 und 20 Bakterienarten bekannt, die schädliche Auswirkungen auf ihren Wirt haben, was die Annahme nahelegt, dass auch „Ca. Midichloria mitochondrii“ seinen Wirt parasitiert, indem dieses Bakterium die Mitochondrien aufbraucht (verkonsumiert).[4]

Systematik

Bis 2024 war in dieser Gattung ist nur eine Kandidatenspezies, die Typusart „Ca. Midichloria mitochondrii“, bekannt.[5] Zinnia Judith Molina-Garza et al. identifizierten im Februar 2024 einen für seinen Zeckenwirt nicht pathogenen Stamm als weiteres Mitglied der Gattung (Spezies „Ca. Midichloria massiliensis“).[6] Metagenomik-Untersuchungen haben jedoch das Vorhandensein verwandter Bakterien in anderen Zeckenarten, sowie in anderen blutsaugenden Arthropoden nachgewiesen, was auf die Möglichkeit einer horizontalen Übertragung dieser Bakterien (Spillover) hindeutet.[7]

Äußere Systematik

Für die Kandidatengattung wurde eine eigene Familie, „Candidatus Midichloriaceae“ Montagna et al. 2013, innerhalb der Ordnung Rickettsiales eingerichtet.[8] Die hier angegebene Liste der Midichloriaceae-Gattungen folgt, wo nicht anders angegeben, der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN), Stand 12. September 2024:[9]

Familie „Candidatus Midichloriaceae“ Montagna et al. 2013(G,N)

  • Gattung „Ca. Anadelfobacter“ Vannini et al. 2010(G,N) – in der LPSN ein nicht-klassifiziertes Mitglied der Rickettsiales
  • Gattung „Ca. Aquirickettsia“ corrig. Klinges et al. 2019Ca. Aquarickettsia“ Klinges et al. 2019(G,N)
  • Gattung „Ca. Bandiella“ Senra et al. 2016(G,N)
  • Gattung „Ca. Cyrtobacter“ Vannini et al. 2010(G,N)
  • Gattung „Ca. Defluviella“ Boscaro et al. 2013(N)
  • Gattung „Ca. Euplotella“ Boscaro et al. 2019(N)
  • Gattung „Ca. Fokinia“ Szokoli et al. 2016(G,N)
  • Gattung „Ca. Grelliella“ corrig. Gruber-Vodicka et al. 2019 [„Ca. Grellia“ Gruber-Vodicka et al. 2019]
  • Gattung „Ca. Jidaibacter“ Schulz et al. 2016(G,N)
  • Gattung „Ca. Lariskella“ Matsuura et al. 2012(N)
    • Spezies „Ca. Lariskella arthropodorum“ corrig. Matsuura et al. 2012 [„Ca. Lariskella arthropodarum“ Matsuura et al. 2012(N), Uncultured Rickettsiales bacterium 'Montezuma'[10][11][12]] – Endosymbiont von Nysius plebeius Distant, 1883 (Bodenwanzen)
      • Referenzstamm NpLaMto
    • Spezies „Ca. Lariskella guizhouensis“ Lu et al. 2022(N)[10]
      • Stämme QDN-15, QDN-20, QDN-22, QDN-26[10]
  • Gattung „Ca. MidichloriaSassera et al. 2006 – Details s. u.(G,N)
  • Gattung „PseudolyticumBoss et al. 1987(N)

Nur in der NCBI-Taxonomie gelistet:

  • Gattung „Ca. Nicolleia“ Matsumoto et al. 2006(N)
    • Spezies „Ca. Nicolleia massiliensis“ Matsumoto et al. 2006(N)[13][14][1][15][16] – Fundort: Frankreich, Wirt: Gemeiner Holzbock (Ixodes rizinus); diese Spezies ist möglicherweise identisch mit „Ca. Midichloria massiliensis“ (s. u.), die ihrerseits nur in der LPSN geführt wird; der Gattungsname „Ca. Nicolleia“ wäre dann ein Synonym von „Ca. Midichloria“.[A. 2]
  • … (weitere Kandidaten)

Anmerkungen:

(G) – nach der Genome Taxonomy Database (GTDB)[17]
(N) – nach der Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI)[18]

Artenliste

Ebenfalls nach der LPSN, gehören mit Stand 11. September 2024 folgende Mitglieder zu der Kandidatengattung:[19]

Gattung „Candidatus MidichloriaSassera et al. 2006[5]


Anmerkungen:

(G) – nach der Genome Taxonomy Database (GTDB)[27]
(N) – nach der Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI)[7]

Etymologie

Der Name dieser Bakteriengattung „Ca. Midichloria“ leitet sich ab von den fiktiven Midi-Chlorianern im fiktiven Universum der Filmreihe Star Wars ab; dort eine symbiotische, mikroskopische Lebensform, die es den Wesen ermöglicht, mit „der Macht“ zu kommunizieren.[5]

  • Das Art-Epitheton massiliensis ist das lateinische Adjektiv massiliensis und bedeutet ‚aus Marseille‘ oder ‚zu Marseille gehörig‘[19]
  • Das Art-Epitheton mitochondrii ist neulateinischer Genitiv von mitochondrium, altgriechisch μίτοχονδρίον mitochondrion und bedeutet ‚des Mitochondriums‘.[19]

Wirte

Ca. M. mitochondrii“ ist ein gramnegativer intrazellulärer Symbiont, den seine Wirte „vertikal“ an ihre Nachkommen vererben. Wirte sind Schildzecken, hauptsächlich der Gemeine Holzbock (Ixodes ricinus) und der Golfküstenzecke (Amblyomma maculatum, englisch Gulf Coast tick).[20]

Genom

Das Genom von „Ca. M. mitochondrii“ wurde von einem internationalen wissenschaftlichen Konsortium sequenziert, das sich aus Forschern der Universität Mailand, der Universität Sydney, der Universität Valencia, der Universität Pavia und der Universität Mailand-Bicocca zusammensetzte (Veröffentlichung 2011).[22]

Das Genom ist 1,2 Mbp (Megabasenpaare) groß und ähnelt in den meisten Merkmalen den Genomen anderer Rickettsiales-Mitglieder; mit zwei bemerkenswerten Ausnahmen: Das Genom von „Ca. M. mitochondrii“ enthält die Gensätze für die Synthese der Geißel (Flagellum) und die Cytochrom-c-Oxidase cbb3. Dies lässt vermuten, dass der gemeinsame Vorfahr der Rickettsiales bereits über eine Geißel zur Fortbewegung verfügt hat.[22]

Phylogenetische Position

0000Schematische rRNA-Phylogenie der Alphaproteobakterien0000
 α-Proteobacteria 
 Magnetococcidae 

Magnetococcus marinus


   
  Caulobacteridae 

Holosporales


  

Hyphomicrobiales, Rhodobacteraceae, Rhodospirillales, Sphingomonadales, …



  Rickettsidae 
  Pelagibacterales 
 Pelagibacteraceae 

Pelagibacter


   

Untergruppen Ib, II, IIIa, IIIb, IV und V



   Rickettsiales   

?Proto-Mitochondrien


  
 Anaplasmataceae 

Neorickettsia


  

Wolbachia


  

Anaplasma


   

Ehrlichia





  
 Midichloriaceae 

Midichloria


 Rickettsiaceae 

Orientia


   

Rickettsia









Vorlage:Klade/Wartung/BreiteVorlage:Klade/Wartung/Style
Das Kladogramm der wurde 2013 von Ferla et al. aus dem Vergleich der 16S- und 23S-rRNA-Sequenz abgeleitet[23]

Ein neueres Kladogramm nach Hördt et al. findet sich bei Iodidomonas §Phylogenie. Die Proto-Mitochondrien entspringen dort der oben mit ‚※‘ gekennzeichneten Klade, zu der auch die ihnen dort am nächsten stehende Ordnung Iodidimonadales gehört.[28] Zuvor wurde allgemein angenommen, dass die Rickettsiales die nächsten Verwandten der Mitochondrien sind.

Anmerkungen

  1. 1. Zeile: vor der Dotter-Erzeugung (engl. previtellogenic phase), 2. Zeile frühe, 3. Zeile mittlere, 4. Zeile: späte Dottererzeugung (engl. vitellogenic phase).
  2. Auch die bei Najm (2012) in Fig. 1 angegebene Phylogenie sprechen für eine Synonymisierung, Nicolleia massiliensis liegt dort in einer Klade von Stämmen von Ca. Midichloria mitochondrii.[1]
  3. Offenbar wurden die beiden Stämme IRE19 und BDM14 an irgendeiner Stelle verwechselt.

Weiterführende Literatur

  • Nathan Lo, Tiziana Beninati, Luciano Sacchi, Claudio Bandi: An alpha-proteobacterium invades the mitochondria of the tick Ixodes ricinus. In: Kostas Bourtzis, Thomas A. Miller (Hrsg.): Insect Symbiosis, Band 2, CRC Press, Boca Raton, 23. Juni 2006; doi:10.1201/9781420005936 (Buch), doi:10.1201/9781420005936-6 (Kapitel), ResearchGate:299637723 (der hier angegebene Kapitel-DOI ist fehlerhaft) – (englisch).
  • Francesco Comandatore, Giacomo Radaelli, Sebastiano Montante, Luciano Sacchi, Emanuela Clementi, Sara Epis, Alessandra Cafiso, Valentina Serra, Massimo Pajoro, Domenico Di Carlo, Anna Maria Floriano, Fabrizia Stavru, Claudio Bandi, Davide Sassera: Modeling the Life Cycle of the Intramitochondrial Bacterium “Candidatus Midichloria mitochondrii” Using Electron Microscopy Data. In: ASM Journals: mBio, Band 12, Nr. 3; 22. Juni 2021; doi:10.1128/mbio.00574-21, PMC 8262999 (freier Volltext), PMID 34154402 (englisch).
  • Fabrizia Stavru, Jan Riemer, Aaron Jex, Davide Sassera: When bacteria meet mitochondria: The strange case of the tick symbiont Midichloria mitochondrii. In: Cellular Microbiology, Band 22, Nr. 4, 2020, S. e13189; doi:10.1111/cmi.13189, HAL-Pasteur:03103198 (englisch).
  • Zerrin Uzum, Dmitry Ershov, Michael J. Pavia, Adeline Mallet, Olivier Gorgette, Olivier Plantard, Davide Sassera, Fabrizia Stavru: Three-dimensional images reveal the impact of the endosymbiont Midichloria mitochondrii on the host mitochondria. In: Nature Communications, Band 14, Nr. 4133, 12. Juli 2023; doi:10.1038/s41467-023-39758-x (englisch).
  • Melina Garcia Guizzo, Tereza Hatalová, Helena Frantová, Ludek Zurek, Petr Kopáček, Jan Perner: Ixodes ricinus ticks have a functional association with Midichloria mitochondrii. In: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, Sec. Bacteria and Host, Band 12, 2022, Research Topic: Tick-Borne Pathogens and their Interactions with Ticks; doi:10.3389/fcimb.2022.1081666, PMC 9868949 (freier Volltext), PMID 36699720, Epub 9. Januar 2023 (englisch).
  • Romain Daveu, Cindy Laurence, Agnès Bouju-Albert, Davide Sassera, Olivier Plantard: Symbiont dynamics during the blood meal of Ixodes ricinus nymphs differ according to their sex. In: Ticks and Tick-borne Diseases, Band 12, Nr. 4, Juli 2021; doi:10.1016/j.ttbdis.2021.101707 (englisch).
  • Khemraj Budachetri, Deepak Kumar, Gary Crispell, Christine Beck, Gregory Dasch, Shahid Karim: The tick endosymbiont Candidatus Midichloria mitochondrii and selenoproteins are essential for the growth of Rickettsia parkeri in the Gulf Coast tick vector. In: BMC: Microbiome, Band 6, Nr. 141, 13. August 2018; doi:10.1186/s40168-018-0524-2 (englisch).

Einzelnachweise

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