Isosphaeraceae

Isosphaeraceae

Kueselia aquadivae

Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Abteilung: Planctomycetota
Klasse: Planctomycetia
Ordnung: Isosphaerales
Familie: Isosphaeraceae
Wissenschaftlicher Name
Isosphaeraceae
Kulichevskaya et al. 2016

Isosphaeraceae ist eine Familie von Bakterien.[1] Hier sind Arten zu finden, die relativ hohe Temperaturen vertragen. Andere tolerieren auch niedrige Temperaturwerte und auch Arten, die relativ saure Umgebungen bewohnen können, sind hier zu finden. Sie zählt zu dem Phylum Planctomyceten. Arten dieses Phylums sind von Interesse innerhalb der Mikrobiologie, da sie einige Besonderheiten aufweisen, wie einen Ort im inneren der Zelle, welcher scheinbar von einer extra Membran umringt ist und die DNA enthält.[2]

Merkmale

Die Familie der Isosphaeraceae umfasst stielfreie Planktomyceten mit kugelförmigen Zellen, die sich zu kurzen Ketten, langen Filamenten oder formlosen Aggregaten zusammenlagern können. Die Zellen sind mit kraterförmigen Vertiefungen bedeckt, die über die gesamte Zelloberfläche verstreut sind. Die Zellteilung erfolgt durch Knospung, die Tochterzellen sind unbeweglich. Reife Zellen variieren in der Regel in ihrer Größe zwischen 1,5 und 3,5 μm und sind unbeweglich. Die einzige bekannte Ausnahme ist Isosphaera pallida, die zu gleitender Motilität ("gliding motility") fähig ist. Mitglieder der Familie Isosphaeraceae bilden keine Stiele und keine Zellrosetten. Die Anhaftung an Oberflächen erfolgt mittels eines selbst gebildeten Haftmaterials, im Gegensatz zu anderen Arten des Phylums Planctomycetes werden keine stielartige Strukturen zum Haften an einer Oberfläche gebildet.[1]

Typisch für die Arten der Isosphaeraceae und der Planctomycetes im Allgemeinen sind die komplexen Einstülpungen der inneren Cytoplasmamembran, die ein „Kanalsystem“ des Periplasmas im Inneren der Zelle bilden.[3][4][5][6] Früher glaubte man, dass ihnen eine Zellwand aus zwei Membranen mit dazwischen liegender Peptioglycanschicht (Murein) fehlt, dass sie ein durch Membranen unterteiltes Zytoplasma haben und sogar kernähnliche Strukturen (das Pirellulosom) aufweisen. Aus diesem Grund galten sie als mögliches „fehlendes Bindeglied“ zwischen Prokaryoten und Eukaryoten. Das Pirellulosom wurde als das Überbleibsel eines Endosymbionten angesehen. Der äußere Bereich, das sogenannte Paryphoplasma, wurde als das Zellinnere des früheren Wirtes angesehen.[2] Dies ähnelt den Aufbau von Zellen der Eukaryonten. Die Planctomyceten sind aber nicht näher verwandt mit den Eukaryonten, es würde sich vielmehr um parallele evolutionäre Entwicklung handeln.[7] Später wurde allerdings gezeigt, dass Planctomyceten tatsächlich eine Zellwand analog der Gram-negativen Bakterien besitzen, mit zwei Membranen und dazwischen liegender Peptidoglykanschicht. Was zuvor als separate interne „Zellkompartimente“ interpretiert wurde, ist ein System von Einstülpungen der inneren Membran, die einen großen periplasmatischen Raum bilden, aber das Zytoplasma nicht in separate, von Membranen umschlossene Organellen unterteilen.[8][9] Ein ähnlicher Bauplan der Zellen findet sich auch bei den Arten des Bakterienstammes Verrucomicrobia.[10]

Stoffwechsel und Wachstum

Die Mitglieder dieser Familie sind chemoorganotroph. Sie sind aerob, benötigen also Sauerstoff, wobei einige Arten auch unter mikroaeroben Bedingungen wachsen können. Das Wachstum erfolgt auf verschiedenen Zuckern und Polysacchariden.

Die Arten sind in der Lage, verschiedene Heteropolysaccharide pflanzlichen und mikrobiellen Ursprungs abzubauen, obwohl die hydrolytischen Fähigkeiten zwischen den Mitgliedern verschiedener Gattungen unterschiedlich sind. Die aus Feuchtgebieten isolierte Arten von Singulisphaera, Paludisphaera und Tundrisphaera, sind hier vielfältig und bauen Xylan, Pektin, Stärke, Lichenin und Laminarin ab. Verschiedene Heteropolysaccharide mikrobiellen Ursprungs, wie Gellangummi (ein komplexes Polysaccharid, das von Sphingomonas elodea, PhytagelTM, produziert wird) und Xanthangummi (synthetisiert von Xanthomonas campestris), gehören ebenfalls zu den bevorzugten Wachstums-Substraten. So bilden Kolonien von Paludisphaera borealis PX4T aufgrund ihrer Fähigkeit, Gellangummi zu hydrolysieren, sichtbare Vertiefungen in einem mit Phytagel verfestigten Medium. Phytagel und Xanthan waren die einzigen Substrate, die das Wachstum von Candidatus Nostocoides acidiphila, einem filamentösen acidophilen, in Torf vorkommenden Planktomyceten, unterstützten (diese Art wird neuerdings der Familie Intrasporangiaceae zugeordnet).[1]

Genetik

Die Genomgrößen der Arten von Isosphaeraceae variieren zwischen 5,53 Mb bei dem Stamm Isosphaera pallida IS1BT und 9,74 Mb beim Stamm Singulisphaera acidiphila DSM 18658T. Alle der bis zum Jahr 2020 analysierten Genome dieser Bakterien weisen 1 und 4 Plasmide auf. Der phylogenomische Stammbaum zeigt eine enge Verwandtschaft zwischen den Isosphaeraceae und den Gemmataceae. Die Genome der Isosphaeraceae zeigen ein breites Repertoire an kohlenhydrataktiven Enzymen.[1]

Systematik

Die Familie Isosphaeraceae wurde im Jahr 2016 auf der Grundlage einer vergleichenden 16S-rRNA-Gensequenzanalyse gegründet. Sie zählt zu der Ordnung Isosphaerales innerhalb der Klasse der Planctomycetia.

Gattungen dieser Familie sind:[11]

  • Aquisphaera Bondoso et al. 2011
  • Isosphaera Giovannoni et al. 1995
  • Kueselia Kündgen et al. 2025
  • Paludisphaera Kulichevskaya et al. 2016
  • Singulisphaera Kulichevskaya et al. 2008
  • Tundrisphaera Kovaleva et al. 2019
  • Tautonia Kulichevskaya et al. 2017

Früher wurde die Gattung Candidatus Nostocoides zu der Familie gezählt, aktuell (Dezember 2025) zählt sie zu der Familie Intrasporangiaceae.[12]

Ökologie

Die Arten von Isosphaeraceae weisen hinsichtlich ihrer phänotypischen Merkmale und der Ökologie eine große Vielfalt auf. I. pallida und Tautonia sociabilis sind moderate Thermophile ("Wärmeliebende"), die bei 40–50 °C bzw. 42 °C optimal wachsen. Andere Mitglieder dieser Familie sind Mesophile, wobei Singulisphaera-, Paludisphaera- und Tundrisphaera-Arten auch bei niedrigen Temperaturen von bis zu 4–6 °C wachsen können. In Bezug auf die pH-Präferenzen sind Isosphaera, Aquisphaera und Tautonia Neutrophile, bevorzugen also neutrale pH-Werte, während Singulisphaera, Paludisphaera und Tundrisphaera leicht acidophile ("säurliebende") Bakterien sind. Phototaxis ist für Isosphaera pallida beschrieben.[1]

Isosphaera wurde aus heißen Quellen isoliert. Funde von Singulisphaera und Paludisphaera stammen aus Feuchtgebieten. Die zwei Arten Aquisphaera giovannonii und Aquisphaera insulae wurden aus Süßwasser isoliert.[1][13] Tundrisphaera lichenicola wurde aus einem von Flechten dominierten Tundragebiet und T. macrotermitis aus dem Darm von pilzzüchtenden Termiten der Art Macrotermes natalensis isoliert.[1][14] Die im Jahr 2025 beschriebene Art Kueselia aquadivae wurde aus unterirdischen Sickerwässern isoliert.[15] Die Erstbeschreibung von Tautonia stammt aus einer mikrobiellen Matte im Thermalwasser, das aus der Wand eines 4000 m tiefen Bergwerks in Südafrika austritt.[1][16]

Die Arten der Familie Isosphaeraceae verfügen über ein extrem hohes glykolytisches Potenzial, sie sind in der Lage, eine Vielzahl natürlicher Kohlenhydrate und Glykokonjugate zu verwerten. Vertreter der Familie Isosphaeraceae gehören zu den am häufigsten in borealen und subarktischen Feuchtgebieten und Böden vorkommenden Planctomyceten.[1][17][18][19] Untersuchungen von Mooren ergaben, das 5–22 % aller aus Torfproben gewonnenen 16S-rRNA-Gensequenzen von Planctomyceten stammen. Die häufigsten in Mooren vorkommenden Planctomyceten gehören zu den Familien Isosphaeraceae und Gemmataceae sowie einer bisher nicht kultivierten, mit der Phycisphaera verwandten Gruppe.[19] Diese Planctomyceten sind vermutlich am Abbau von pflanzlichen Polymeren und Exoskeletten von im Torf lebenden Arthropoden sowie von anderen Bakterien produzierten Exopolysacchariden beteiligt.

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f g h i Svetlana N. Dedysh und Anastasia A. Ivanova: Isophaeraceae (2020) In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.fbm00375 (wiley.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  2. ↑ a b Beck, E.: Die Vielfalt des Lebens: wie hoch, wie komplex, warum? 1. Aufl (Online-Ausg.). Wiley-VCH, Weinheim, Germany 2013, ISBN 978-3-527-33212-0. Erhältlich bei: https://www.perlego.com/book/1001689 (Zugriff: 8. Dezember 2025)
  3. ↑ Svetlana N. Dedysh und Irina S. Kulichevskaya Singulisphaera (2025) In: {Literatur |Titel=Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria |Auflage=1 |Verlag=Wiley |Datum=2015-04-17 |ISBN=978-1-118-96060-8 |DOI=10.1002/9781118960608.gbm00789.pub2 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781118960608 |Abruf=2025-12-08}}
  4. ↑ S. J. Giovannoni, E. Schabtach, R. W. Castenholz: Isosphaera pallida, gen. and comb. nov., a gliding, budding eubacterium from hot springs. In: Archives of Microbiology. Band 147, Nr. 3, April 1987, ISSN 0302-8933, S. 276–284, doi:10.1007/BF00463488 (springer.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  5. ↑ John A. Fuerst: INTRACELLULAR COMPARTMENTATION IN PLANCTOMYCETES. In: Annual Review of Microbiology. Band 59, Nr. 1, 1. Oktober 2005, ISSN 0066-4227, S. 299–328, doi:10.1146/annurev.micro.59.030804.121258 (annualreviews.org [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  6. ↑ Christian Boedeker, Margarete Schüler, Greta Reintjes, Olga Jeske, Muriel C. F. van Teeseling, Mareike Jogler, Patrick Rast, Daniela Borchert, Damien P. Devos, Martin Kucklick, Miroslava Schaffer, Roberto Kolter, Laura van Niftrik, Susanne Engelmann, Rudolf Amann, Manfred Rohde, Harald Engelhardt, Christian Jogler: Determining the bacterial cell biology of Planctomycetes. In: Nature Communications. Band 8, Nr. 1, 10. April 2017, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/ncomms14853, PMID 28393831, PMC 5394234 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  7. ↑ Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage, Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1.
  8. ↑ Sandra Wiegand, Christian Jogler: Planctomyceten–außergewöhnlich, aber bakteriell: ein Paradigmenwechsel. In: BIOspektrum. Band 24, Nr. 6, Oktober 2018, ISSN 0947-0867, S. 593–595, doi:10.1007/s12268-018-0958-x (springer.com [abgerufen am 10. Dezember 2025]).
  9. ↑ Christian Boedeker, Margarete Schüler, Greta Reintjes, Olga Jeske, Muriel C. F. van Teeseling, Mareike Jogler, Patrick Rast, Daniela Borchert, Damien P. Devos, Martin Kucklick, Miroslava Schaffer, Roberto Kolter, Laura van Niftrik, Susanne Engelmann, Rudolf Amann, Manfred Rohde, Harald Engelhardt, Christian Jogler: Determining the bacterial cell biology of Planctomycetes. In: Nature Communications. Band 8, Nr. 1, 10. April 2017, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/ncomms14853, PMID 28393831, PMC 5394234 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 10. Dezember 2025]).
  10. ↑ Michael Goodfellow u. a. (Hrsg.): Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. 2. Auflage, Band 5: The Bacteroidetes, Spirochaetes, Tenericutes (Mollicutes), Acidobacteria, Fibrobacteres, Fusobacteria, Dictyoglomi, Gemmatimonadetes, Lentisphaerae, Verrucomicrobia, Chlamydiae, and Planctomycetes. Springer, New York 2012, ISBN 978-0-387-95042-6.
  11. ↑ LPSN (Abgerufen am 8. Dezember 2025)
  12. ↑ LPSN (Stand 9. Dezember 2025)
  13. ↑ Gaurav Kumar, Khongsai L. Lhingjakim, Jagadeeshwari Uppada, Shabbir Ahamad, Dhanesh Kumar, Gulam Mohammad Kashif, Chintalapati Sasikala, Chintalapati Venkata Ramana: Aquisphaera insulae sp. nov., a new member in the family Isosphaeraceae, isolated from the floating island of Loktak lake and emended description of the genus Aquisphaera. In: Antonie van Leeuwenhoek. Band 114, Nr. 9, September 2021, ISSN 0003-6072, S. 1465–1477, doi:10.1007/s10482-021-01615-6 (springer.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  14. ↑ Nicolai Kallscheuer, Kim-Loreen Carlstedt, Jonathan Hammer, Tom Haufschild, René Benndorf, Z. Wilhelm de Beer, Michael Poulsen, Christine Beemelmanns, Christian Jogler: Tundrisphaera macrotermitis sp. nov., a novel member of the family Isosphaeraceae isolated from the gut of a fungus-growing termite. In: Scientific Reports. Band 15, Nr. 1, 10. November 2025, ISSN 2045-2322, doi:10.1038/s41598-025-20237-w, PMID 41213988, PMC 12603096 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  15. ↑ Madeleine Kündgen, Tom Haufschild, Jonathan Hammer, Katharina Lehmann, Madeleine Mutter, Mareike Jogler, He Wang, Robert Lehmann, Nicolai Kallscheuer, Kai Uwe Totsche, Christian Jogler: Kueselia aquadivae gen. nov., sp. nov., the first member of the family Isosphaeraceae isolated from subsurface percolates. In: Scientific Reports. Band 15, Nr. 1, 1. September 2025, ISSN 2045-2322, S. 32243, doi:10.1038/s41598-025-17081-3, PMID 40890241, PMC 12402505 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  16. ↑ Olga L. Kovaleva, Alexander G. Elcheninov, Stepan V. Toshchakov, Andrei A. Novikov, Elizaveta A. Bonch-Osmolovskaya, Ilya V. Kublanov: Tautonia sociabilis gen. nov., sp. nov., a novel thermotolerant planctomycete, isolated from a 4000 m deep subterranean habitat. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 69, Nr. 8, 2019, ISSN 1466-5034, S. 2299–2304, doi:10.1099/ijsem.0.003467 (microbiologyresearch.org [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  17. ↑ Yulia M. Serkebaeva, Yongkyu Kim, Werner Liesack, Svetlana N. Dedysh: Pyrosequencing-Based Assessment of the Bacteria Diversity in Surface and Subsurface Peat Layers of a Northern Wetland, with Focus on Poorly Studied Phyla and Candidate Divisions. In: PLoS ONE. Band 8, Nr. 5, 21. Mai 2013, ISSN 1932-6203, S. e63994, doi:10.1371/journal.pone.0063994.
  18. ↑ Eli K. Moore, Laura Villanueva, Ellen C. Hopmans, W. Irene C. Rijpstra, Anchelique Mets, Svetlana N. Dedysh, Jaap S. Sinninghe Damsté: Abundant Trimethylornithine Lipids and Specific Gene Sequences Are Indicative of Planctomycete Importance at the Oxic/Anoxic Interface in Sphagnum-Dominated Northern Wetlands. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 81, Nr. 18, 15. September 2015, ISSN 0099-2240, S. 6333–6344, doi:10.1128/aem.00324-15.
  19. ↑ a b Svetlana N Dedysh, Anastasia A Ivanova: Planctomycetes in boreal and subarctic wetlands: diversity patterns and potential ecological functions. In: FEMS Microbiology Ecology. Band 95, Nr. 2, 21. November 2018, ISSN 1574-6941, doi:10.1093/femsec/fiy227.

Literatur

  • Svetlana N. Dedysh und Anastasia A. Ivanova: Isophaeraceae (2020) In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.fbm00375 (wiley.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
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