Caulobacteraceae

Die Caulobacteraceae sind eine Familie innerhalb der Alphaproteobacteria und das einzige Mitglied der Ordnung Caulobacterales. Alle Vertreter sind aerob, benötigen also freien Sauerstoff für den Stoffwechsel und sind chemoorganotroph. Sie kommen in oligotrophen Gewässern vor.

Dimorpher Lebenszyklus

Schwärmerzelle (oben) und sessile Zelle von Caulobacter

Die Zellen einiger Arten der Gattungen Asticcacaulis, Caulobacter und Brevundimonas besitzen Prostheken (Prosthecae), das sind lange Ausstülpungen der Zelle, bestehend aus der Zellwand außen und Zellmembran-umhülltem Zytoplasma innen.

Außer bei der Gattung Asticcacaulis dienen die Prostheken als Stiele, mit deren Hilfe sich die Bakterien an ein Substrat anheften können. Hierbei findet man eine Besonderheit bei der Zellteilung, welche bei Caulobacter besonders intensiv untersucht wurde: Eine bestielte Zelle bildet durch Querteilung eine längliche Tochterzelle ohne Stiel. Diese dem Stiel gegenüber befindliche Tochterzelle bildet eine Flagelle am freien Ende aus, wodurch sie sich nach der Zellteilung und Abtrennung von der Mutterzelle frei schwimmend bewegen kann. Daher spricht man auch von Schwärmerzellen. Die Schwärmerzelle bleibt eine Zeit lang aktiv beweglich, bis sie ihrerseits wieder einen Stiel ausbildet und sich an ein Substrat anheftet, also sessil wird. Dieser dimorphe Lebenszyklus tritt auch bei der Gattung Planctomyces auf.

Der ökologische Vorteil dieses Dimorphismus liegt darin, dass einerseits die Bakterien sessil leben können und somit in einem fließenden Medium ständig Nährstoffe herangeführt und Stoffwechselprodukte abgeführt werden, dass aber andererseits durch die Schwärmer eine Verbreitung möglich ist.

Die Zellen der Gattungen Asticcacaulis besitzen ebenfalls Prostheken, allerdings haften die Zellen nicht mit den Fortsätzen an dem Untergrund. Das Haftorgan befindet sich bei dieser Gattung direkt am Pol der Zelle. Die Art Asticcacaulis biprosthecum besitzt zwei Prostheken.

Die Prostheken können auch der Nahrungsaufnahme dienen, indem sie die Zelloberfläche vergrößern. Ein großes Oberflächen-Volumen-Bakterien verbessert die Fähigkeit zu der Aufnahme von Nährstoffen und der Abgabe von Stoffwechselendprodukten die nicht mehr genutzt werden.^[1]

Kurzbeschreibung einiger Gattungen

Bei den Gattungen Caulobacter, Asticcacaulis und Brevundimonas wurde im Labor bei Anwesenheit von Glucose der Entner-Doudoroff-Weg im Stoffwechsel als Energiequelle nachgewiesen.

• Caulobacter: Mehr oder weniger stäbchenförmige, bestielte Zellen mit einer Größe im Bereich von 0,4 – 0,6 × 1 – 2 µm.
• Asticcacaulis: Die Zellen sind stäbchenförmig und bestielt, besitzen Prostheken. Die Zellgröße liegt innerhalb von 0,5 – 0,7 × 1 – 3 µm.
• Brevundimonas: Einige Arten sind ebenfalls bestielt. Die Zellen sind ca. 0,4 – 0,5 × 1 – 2 µm groß und stäbchenförmig.
• Phenylobacterium: Die Zellen sind stäbchenförmig oder kokkoid. Die Zellengröße liegt im Bereich von 0,7 – 1,0 × 1,0 – 2,0 µm. Flagellen oder Geißeln sind nicht vorhanden, die Zellen sind nicht beweglich.

Systematik

Die Familie Caulobacteraceae^[2] ist das einzige Mitglied der Ordnung Caulobacterales.^[2] Die Caulobacterales sind die Typusordnung der Alphaproteobacteria.^[3] Mit wenigen Ausnahmen beschreiben die Caulobacterales eine phylogenetisch klar abgegrenzte Linie. Die Typusgattung, sowohl der Ordnung Caulobacterales als auch der Familie Caulobacteraceae, ist Caulobacter und wurde bereits 1935 mit der Typusart Caulobacter vibriodes beschrieben.^[2]

Neue Erkenntnisse in der Phylogenie als Grundlage der Bakterientaxonomie sorgten für gewaltige Umstellungen in der Domäne Bakterien.^[4] Obwohl die Ordnung Caulobacterales gegenüber anderen Ordnungen in den Alphaproteobacteria gut abgegrenzt ist,^[5] wurden falsche Zuordnungen noch nicht beseitigt.^[6] Die Arten der Gattungen Caulobacter und Asticcacaulis^[7] sind auf die zwei Ordnungen Caulobacterales und Sphingomonadales verteilt. Zudem sind je eine Art der Gattungen Streptomyces und Mycoplana noch nicht entsprechend in eine Gattung der Caulobacterales (voraussichtlich Brevundimonas) transferiert. Daher kann man die Ordnung Caulobacterales trotz guter Datenlage noch nicht als monophyletisch, sondern nur als paraphyletisch und polyphyletisch bezeichnen.

Einige Gattungen und Arten dieser Familie:^[8]

• Asticcacaulis Poindexter 1964
  • A. benevestitus Vasilyeva et al. 2006
  • A. biprosthecium Pate et al. 1973
  • A. endophyticus Zhu et al. 2014
  • A. excentricus Poindexter 1964
  • A. solisilvae Kim et al. 2013
  • A. taihuensis Liu et al. 2005

• Brevundimonas Segers et al. 1994 emend. Abraham et al. 1999
  • B. abyssalis Tsubouchi et al. 2013
  • B. alba Poindexter 1964
  • B. albigilva Pham et al. 2016
  • B. aurantiaca (ex Poindexter 1964) Abraham et al. 1999
  • B. aveniformis Ryu et al. 2007
  • B. bacteroides Poindexter 1964 (Approved Lists 1980)
  • B. basaltis Choi et al.
  • B. bullata (Gray and Thornton 1928) Kang et al. 2009
  • B. denitrificans Tsubouchi et al. 2014
  • B. diminuta (Leifson and Hugh 1954) Segers et al., 1994
  • B. faecalis Scotta et al. 2012
  • B. halotolerans Abraham et al. 2010
  • B. humi Dahal and Kim 2018
  • B. intermedia (Poindexter 1964) Abraham et al. 1999
  • B. kwangchunensis Yoon et al. 2006
  • B. lenta Yoon et al. 2007
  • B. mediterranea Fritz et al. 2005
  • B. naejangsanensis Kang et al. 2009
  • B. nasdae Li et al. 2004
  • B. poindexterae Abraham et al. 2010
  • B. staleyi Abraham et al. 2010
  • B. subvibrioides (Poindexter 1964) Abraham et al. 1999
  • B. terrae Yoon et al. 2006
  • B. vancanneytii Estrela and Abraham 2010
  • B. variabilis (Poindexter 1989) Abraham et al. 1999
  • B. vesicularis (Büsing et al. 1953) Segers et al. 1994
  • B. viscosa Wang et al. 2012

• Caulobacter Henrici and Johnson 1935
  • C. daechungensis Jin et al. 2013
  • C. flavus Sun et al. 2015
  • C. fusiformis Poindexter. 1964
  • C. ginsengisoli Liu et al. 2011
  • C. henricii Poindexter 1964
  • C. hibisci Moya et al. 2017
  • C. mirabilis Abraham et al. 2008
  • C. profundus Jin et al. 2014
  • C. rhizosphaerae Sun et al. 2017
  • C. segnis (Urakami et al. 1990) Abraham et al. 1999
  • C. vibrioides Henrici and Johnson 1935

• Phenylobacterium Lingens et al. 1985
  • P. aquaticum Jo et al. 2016
  • P. composti Weon et al. 2008
  • P. conjunctum Abraham et al. 2008
  • P. deserti Khan et al. 2017
  • P. falsum Tiago et al. 2005
  • P. haematophilum Abraham et al. 2008
  • P. hankyongense Choi et al. 2018
  • P. immobile Lingens et al. 1985
  • P. koreense Aslam et al. 2005
  • P. kunshanense Chu et al. 2015
  • P. lituiforme Kanso and Patel 2004
  • P. muchangponense Oh and Roh 2012
  • P. panacisFarh et al. 2016

Quellen

1. ↑ Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl, David P. Clark: Brock Mikrobiologie, 13. Auflage. Pearson, München u. a. O. 2013, ISBN 978-3-86894-144-9.
2. ↑ ^{a b c} A. T. Henrici, D. E. Johnson: Studies of Freshwater Bacteria. II. Stalked Bacteria, a New Order of Schizomycetes. In: Journal of Bacteriology. Band 30, Nr. 1, 1935, ISSN 0021-9193, S. 61–93, PMID 16559821, PMC 543637 (freier Volltext).
3. ↑ George M. Garrity, Julia A. Bell, Timothy Lilburn: Class I. Alphaproteobacteria class. nov. In: Don J. Brenner, Noel R. Krieg, James T. Staley (Hrsg.): Bergey’s Manual® of Systematic Bacteriology. 2. Auflage. Band 2: The Proteobacteria. Part C The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteobacteria. Springer US, Boston, MA 2005, ISBN 0-387-24145-0, S. 1–574, doi:10.1007/0-387-29298-5_1.
4. ↑ C. R. Woese, E. Stackebrandt, T. J. Macke, G. E. Fox: A phylogenetic definition of the major eubacterial taxa. In: Systematic and Applied Microbiology. Band 6, 1985, ISSN 0723-2020, S. 143–151, PMID 11542017.
5. ↑ K. P. Williams, B. W. Sobral, A. W. Dickerman: A robust species tree for the alphaproteobacteria. In: Journal of Bacteriology. Band 189, Nr. 13, 2007, ISSN 0021-9193, S. 4578–4586, doi:10.1128/JB.00269-07, PMID 17483224, PMC 1913456 (freier Volltext).
6. ↑ Analyse mit dem Datensatz des Living Tree Projekts (Stand: LTP95). Pablo Yarza, Michael Richter, Jörg Peplies, Jean Euzeby, Rudolf Amann, Karl-Heinz Schleifer, Wolfgang Ludwig, Frank Oliver Glöcknerd, Ramon Rosselló-Móra: The All-Species Living Tree project: a 16S rRNA-based phylogenetic tree of all sequenced type strains. In: Systematic and Applied Microbiology. Band 31, Nr. 4. Elsevier, September 2008, ISSN 0723-2020, S. 241–250, doi:10.1016/j.syapm.2008.07.001, PMID 18692976.
7. ↑ Jeanne Stove Poindexter: Biological Properties and Classification of the Caulobacter Group. In: Bacteriological Reviews. Band 28, Nr. 3, September 1964, ISSN 0005-3678, S. 231–295, PMID 14220656, PMC 441226 (freier Volltext).
8. ↑ J. P. Euzéby: List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature. (Caulobacteraceae)

Literatur

• Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1.
• George M. Garrity: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Band 2: The Proteobacteria Part C: The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteabacteria. 2. Auflage. Springer, New York 2005, ISBN 0-387-24145-0.

Weblinks

– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien