Leptothrix ist eine in eisenhaltigen Gewässern vorkommende Gattung der Bakterien. Als Besonderheit bilden diese stäbchenförmigen Bakterien Röhren, in denen sie sich hintereinander angeordnet befinden. Sie bewirken eine auffällige Ausfällung von Oxiden bzw. Hydroxiden dreiwertigen Eisens an den Röhren („Eisenbakterien“), was zu einer Bildung von Ocker und Eisenerzen führen kann.
Bei den Bakterien handelt es sich um gerade, stäbchenförmige (etwa zylindrische) Zellen mit einem Durchmesser von 0,6 bis 1,5 µm und einer Länge von 1,5 bis 15 µm. Sie sind gramnegativ und zeitweise jeweils an einem Zellende (polar oder subpolar) durch ein Flagellum monotrich, monopolar begeißelt. Die Art L. lopholea bildet ein subpolares Flagellenbündel, ist also polytrich, monopolar begeißelt. Die Bakterien schwimmen teils frei („Schwärmer“) einzeln oder in Zellketten. Meistens jedoch bilden sie Längsreihen (Zellketten), die sich in einer von ihnen abgeschiedenen Röhre aus organischem Material befinden. Diese Röhren, auch als Scheiden bezeichnet, bestehen aus organischen Polymeren, die verflochtene Fibrillen bilden. Die Zellen sind nicht mit den Röhren fest verbunden und können sich in ihnen fortbewegen. Einige Arten bilden außerhalb der Scheiden Schleim. Im Wasser des Habitats gelöstes Eisen, überwiegend als zweiwertige Eisen-Ionen (Fe2+), reichert sich nach Oxidation mit ebenfalls gelöstem Sauerstoff an den Scheiden in Form von oxidischen bzw. hydroxidischen Verbindungen des dreiwertigen Eisens an und inkrustiert und verdickt sie auf diese Weise. Als Reservestoff wird Polyhydroxybuttersäure gebildet und in Form von Granula in den Zellen abgelagert. Der GC-Gehalt der DNA beträgt 68–71 mol-%. Eine Reinkultur von L. ochracea ist im Gegensatz zu den anderen Arten bisher nicht gelungen.
Die Scheiden von L. cholodnii bestehen nach einer Untersuchung aus 6,5 nm dicken Fibrillen, die Wanddicke beträgt 30–100 nm, außen darauf befindet sich eine diffuse Schleimschicht. Die Scheiden enthalten 34 % Polysaccharide (Hauptkomponenten: Uronsäuren und Aminozucker), 24 % Proteine, 8 % Lipide und 4 % anorganische Stoffe.[1]
Der Energiestoffwechsel ist strikt aerob, oxidativ, chemoorganoheterotroph. Organische Stoffe können aber nur eingeschränkt und langsam verwertet werden. Je nach Art verschieden werden einige Zucker, Glycerin und organische Säuren verwertet. Bevorzugte Stickstoffquellen sind Aminosäuren, einige Arten verwerten Ammonium und Nitrat. Wegen der Oxidation des zweiwertigen Eisens und Ablagerung der so gebildeten Fe(III)-Verbindungen an den Scheiden (siehe unter Eigenschaften) wurde vermutet, dass diese Oxidation von den Bakterien enzymatisch bewirkt wird und die dabei freigesetzte Energie von den Bakterien genutzt wird, dass sie also chemolithotroph, möglicherweise auch autotroph sind. Bisher wurde das aber nicht nachgewiesen. Allerdings scheint die Eisenoxidation und die Manganoxidation durch die Bakterien beschleunigt zu werden, auch wenn die dabei freigesetzte Energie nicht von ihnen genutzt wird.
Vitamin B12 wird generell benötigt, von einigen Arten auch Thiamin und Biotin.
Leptothrix kommt in stehenden oder langsam fließenden, neutralen bis leicht sauren Süßwasser-Gewässern mit nur geringen Konzentrationen an organischen Stoffen und mit einem Sauerstoffkonzentrationsgradienten vor, besonders in solchen mit hohen Konzentrationen an Eisen (als Fe2+-Ionen gelöst). Beispiele: Gräben in Mooren und Sumpfgebieten, Eisenquellen. Die Inkrustierung der Röhren mit oxidischen bzw. hydroxidischen Eisen(III)-Verbindungen behindert den Stoffaustausch mit der Umgebung. Indem sich die Zellen aus den auf diese Weise verdickten Scheidenbereichen fortbewegen und daneben neue, dünnere, noch nicht mit Eisenverbindungen inkrustierte Scheiden bilden, wird der Stoffaustausch mit dem umgebenden Medium gewährleistet. Dadurch befinden sich in einem solchen Gewässer große Mengen leerer, eisenverkrusteter Röhren in auffälligen, flockigen, ockerfarbigen Massen. Mikroskopisch sieht man in diesen flockigen Ockermassen weit überwiegend die leeren, mehr oder weniger verdickten Röhren und nur selten Bakterienzellen, und zwar diese in dünnen Röhren.
In Gewässern, die gelöstes, zweiwertiges Mangan (Mn2+-Ionen) enthalten, werden durch Oxidation gebildete Verbindungen des vierwertigen Mangans an den Scheiden abgelagert.
Das Vorkommen in Scheiden hat den Vorteil, dass auf diese Weise lange Strukturen gebildet werden, ohne dass dafür eine Zellverlängerung oder die Bildung mehrzelliger Zellfäden erforderlich ist. Lange, faserige Gebilde ermöglichen eine lockere, oberflächenreiche Aggregation, die den Stoffaustausch mit dem umgebenden Medium begünstigt. Gleichzeitig werden die Bakterien durch die Scheiden vor bakterienfressenden Lebewesen (besonders Protozoen) und vor Bakteriophagen geschützt.
Das pH-Optimum liegt bei 6,5–7,5, der Temperaturbereich ist 10–35 °C, das Temperaturoptimum liegt bei 25 °C.
Die Ausfällung von oxidischen bzw. hydroxidischen Verbindungen des dreiwertigen Eisens bewirkt deren sedimentäre Anreicherung als Ocker, aus dem durch Verfestigung und Entwässerung oxidisches Eisenerz gebildet werden kann. Auch die Fällung von Verbindungen vierwertigen Mangans kann geochemisch von Bedeutung sein.
Die Gattung Leptothrix besteht aus folgenden Arten (Stand 2014).[2] Außerdem sind noch Besonderheiten angegeben.
Leptothrix ist eine in eisenhaltigen Gewässern vorkommende Gattung der Bakterien. Als Besonderheit bilden diese stäbchenförmigen Bakterien Röhren, in denen sie sich hintereinander angeordnet befinden. Sie bewirken eine auffällige Ausfällung von Oxiden bzw. Hydroxiden dreiwertigen Eisens an den Röhren („Eisenbakterien“), was zu einer Bildung von Ocker und Eisenerzen führen kann.
Leptothrix is a genus of Gram-negative bacteria in the class Betaproteobacteria.[3] The name is from the Greek leptos thrix (literally 'fine hair').[1] They occur in standing or slow-flowing, ferruginous, neutral to slightly acidic fresh waters with only low concentrations of organic matter. The energy metabolism of Leptothrix is strictly aerobic, oxidative, and chemoorganoheterotrophic. Five species are known: L. ochracea, L. discophora, L. cholodnii, L. lopholea, and L. mobilis.
Leptothrix is a genus of Gram-negative bacteria in the class Betaproteobacteria. The name is from the Greek leptos thrix (literally 'fine hair'). They occur in standing or slow-flowing, ferruginous, neutral to slightly acidic fresh waters with only low concentrations of organic matter. The energy metabolism of Leptothrix is strictly aerobic, oxidative, and chemoorganoheterotrophic. Five species are known: L. ochracea, L. discophora, L. cholodnii, L. lopholea, and L. mobilis.
Les Leptothrix sont un genre de ferrobactéries qui a la particularité de former des gaines tubulaires regroupées en touffes et d'oxyder les ions ferreux[1]. Elles vivent essentiellement dans les eaux douces, mais peuvent aussi se développer sur les muqueuses au niveau de la bouche, des yeux ou du vagin et provoquer des infections. Le chat constitue également un réservoir[2].
Leptothrix forme des cellules cylindriques qui s'organisent en une file unique entourée d'une gaine mucilagineuse (34% de polysaccharides, 24% de protéines et 8% de lipides[3]) qui s'épaissit et brunit peu à peu par l'accumulation de fer oxydé[4]. Les gaines ont un diamètre de 0,6 à 1,5 µm pour une longueur de 1,5 à 15 µm et sont formées par le regroupement de fibrilles de 6,5 nm d'épaisseur qui produisent des parois de 30 à 100 nm d'épaisseur. À l'intérieur, les leptothrix sont protégées de leurs prédateurs (notamment des protozoaires et des bactériophages) et peuvent se déplacer librement. Elles quittent les anciennes gaines lorsqu'elles sont devenues trop épaisses et ne laissent plus passer les nutriments. C'est une bactérie à Gram négatif qui présente parfois un flagelle monotriche et monopolaire. Elle constitue des réserves de nutriments sous la forme de poly-β-hydroxybutyrate qu'elle stocke dans des granules. Son métabolisme est strictement aérobie et oxydatif. Elle ne métabolise que lentement les substances organiques, de préférence certains sucres, le glycérol et des acides organiques.
Leptothrix se trouve dans les eaux douces, stagnantes ou s'écoulant lentement, au pH neutre ou légèrement acide (6,5 à 7,5), contenant peu de substances organiques mais beaucoup de fer (exemple: les fossés dans les tourbières et les marais. La température optimale est de +25 °C (10 à 35 °C). Elle peut être à l'origine de la formation d'ocres et de minéraux de fer.
Liste des espèces selon LPSN[5]:
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Les Leptothrix sont un genre de ferrobactéries qui a la particularité de former des gaines tubulaires regroupées en touffes et d'oxyder les ions ferreux. Elles vivent essentiellement dans les eaux douces, mais peuvent aussi se développer sur les muqueuses au niveau de la bouche, des yeux ou du vagin et provoquer des infections. Le chat constitue également un réservoir.
