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"Geobacter" 2019-05-16_13h27

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Geobacter
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Abteilung: Proteobacteria
Klasse: Deltaproteobacteria
Ordnung: Desulfuromonadales
Familie: Geobacteraceae
Gattung: Geobacter
Wissenschaftlicher Name
Geobacter
Lovley et al. 1995

Geobacter ist eine Gattung prokaryotischer Mikroorganismen.[1] Geobacter ist anaerob und gehört in die Domäne der Lebewesen Bacteria.[2]

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die erste Isolation eines Stamms der späteren Gattung Geobacter erfolgte 1987 durch Derek Lovley aus Sedimenten des Potomac River.[3] Die Gattung und ihre Typusart (G. metallireducens) wurden 1993 beschrieben[2] und 1995 bestätigt.[1] Der Namen „Geobacter“ bedeutet in etwa, dass der Organismus stabförmig ist (bacter) und unterirdisch vorkommt (Geo).

Der ersten Kulturstamm, GS-15, kann amorphes Eisenoxid unter anaeroben Bedingungen zu extrazellulärem, feinkörnigem Magnetit[A 1] reduzieren, wenngleich die Bakterien nicht magnetotaktisch sind.[3] Die Eigenschaft, Metalle reduzieren zu können, führte zum Beiwort „metallireducens“ für die Typusart G. metallireducens.

Eine weitere bedeutende Geobacter-Art ist G. sulfurreducens. Die Art wurde aus Oberflächensedimenten eines Grabens in Norman (Oklahoma) isoliert, der mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt war und 1994 beschrieben.[4]

Die beiden ersten Arten, G. metallireducens und G. sulfurreducens, wurden als eng verwandt eingestuft[4] und werden oft miteinander verglichen. Es sind anaerobe, dissimilatorische Eisenreduzierer,[A 2] die Acetat als Elektronendonator und dreiwertiges Eisen [Fe(III)] als Elektronenakzeptor für ihren Energiestoffwechsel verwenden können.[4] Statt des dreiwertigen Eisens kann von beiden Arten auch dreiwertiges Cobalt [Co(III)] für die Oxidation des Acetats verwendet werden.[4]

Es liegt aber auch eine Reihe von Unterschieden zwischen den beiden Arten vor, wobei hauptsächlich die Typstämme (G. metallireducens GS-15 und G. sulfurreducens PCA) verglichen worden sind:

G. sulfurreducens kann Wasserstoff als Elektronendonator in Kombination mit Fe(III) als Elektronenakzeptor verwenden, während dies G. metallireducens nicht kann.[4] Zum Zeitpunkt der Beschreibung (1994) war neben G. sulfurreducens kein weiterer Organismus bekannt, der die Fe(III)-Reduktion sowohl an die Oxidation von Wasserstoff als auch an die Oxidation von Acetat koppeln konnte.[4] Ein weiterer Unterschied besteht in der Reduktion von Schwefel, die G. metallireducens nicht und G. sulfurreducens mit Wasserstoff als Elektronendonor durchführen kann (daher das Beiwort „sulfurreducens“, schwefelreduzierend).[4] G. metallireducens kann vierwertiges Mangan [Mn(IV)] als terminalen Elektronenakzeptor verwenden und G. sulfurreducens kann das nicht.[4] G. metallireducens kann mit Nitrat atmen[5] und G. sulfurreducens kann das nicht.[4] Weiterhin kann G. metallireducens verschiedene Alkohole und aromatische Verbindungen oxidieren,[5] was G. sulfurreducens nicht kann.[4] G. metallireducens konnte lediglich in einem Medium wachsen, dass Süßwasser entspricht,[5] während G. sulfurreducens Eisenatmung[A 2] in einem Medium betrieb, in dem der Salzgehalt der Hälfte von Meerwasser entsprach.

Beide Arten wurden sequenziert, zuerst das Genom von G. sulfurreducens (Beschreibung 2003[6]) und dann das Genom von G. metallireducens (Beschreibung 2009[7]); das ringförmige, bakterielle Chromosom von G. sulfurreducens umfasste 3.814.128 bp (Typstamm PCA[6]), das von G. metallireducens von 3.997.420 bp (Typstamm GS-15[7]). G. metallireducens wies zusätzlich ein Plasmid auf (pMET1, 13.762 bp).[7] Ein Vergleich von bekannten Sequenzen und Eigenschaften wies darauf hin, dass sich G. metallireducens hinsichtlich seines Stoffwechsels, seiner Physiologie und seiner Genregulation dramatisch von anderen Geobacteraceae unterscheiden könnte.[7]

Eigenschaften der Gattung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wenn man zu Informationen über die beiden bekanntesten Arten (G. metallireducens[2][5] und G. sulfurreducens[4]) einige weitere Art-Beschreibungen hinzuzieht (G. anodireducens,[8] G. bemidjiensis,[9] G. bremensis,[10] G. chapellei,[11] G. grbiciae,[11] G. hydrogenophilus,[11] G. lovleyi,[12] G. pelophilus,[10] G. psychrophilus,[9] G. toluenoxydans,[13] G. uraniireducens[14]), ergibt sich folgendes Bild:

  • Geobacter ist eine Gattung gramnegativer, chemoorganothropher Anaerobier, deren Zellen stäbchenförmig sind und die keine Sporen bilden.
  • Die Zellen sind häufig unbeweglich, können aber bei einigen Arten auch Geißeln ausbilden und dann beweglich sein. Die Größe der Zellen liegt häufig im Bereich von 1 bis 3 Mikrometer (µm) Länge und 0,5 bis 0,6 µm Durchmesser. Es gibt kürzere (0,8 µm), längere (4 µm), dünnere (0,3 µm) und dickere (0,8 µm) Zellen in dieser Gattung. Es sind häufig gerade Stäbchen, bei einigen Art leicht gekrümmte bis gekrümmte Stäbchen.
  • Besonderheiten in der Zell-Morphologie treten insofern auf, als dass manchmal neben Geißeln auch Pili ausgebildet werden und dass Vesikel vorhanden sein können. Einige Arten tendieren zur Klumpenbildung der Zellen.
  • Die optimalen Wachstumstemperaturen befinden sich meist im Bereich von 30 bis 35 °C, können aber auch niedriger liegen (bis zu 17 °C). Die bevorzugten pH-Werte sind meist leicht sauer bis neutral. Der für ein Wachstum günstige Salzgehalt im Medium entspricht häufig dem von Süßwasser; Stoffwechsel kann aber auch bei einer höheren Konzentration möglich sein (die der Hälfte von Meerwasser entspricht).
  • Geobacter sind bezüglich ihres Stoffwechsels Anaerobier; der Kontakt mit Sauerstoff wird manchmal vertragen (Aerotoleranz bei G. anodireducens[8]).
  • Geobacter sind dissimilatorische Eisenreduzierer.[A 2] Sie können die Oxidation von Acetat als Elektronendonator an die Reduktion von dreiwertigem Eisen [Fe(III)] als Elektronenakzeptor koppeln. Darüber hinaus sind je nach Geobacter-Art, bzw. je nach verwendetem Stamm, viele weitere Elektronendonatoren (z. B. Wasserstoff, verschiedene organische Säuren) und Elektronenakzeptoren möglich (z. B. vierwertiges Mangan [Mn(IV)], Antrachinon-2,6-disulfonat, Fumarat, Malat, Schwefel).

Besonderheiten beim Elektronentransfer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Geobacter-Zellen können in vielen Fällen Elektronen extrazellulär (also nach außerhalb der Zelle) übertragen; das wurde bereits beim ersten isolierten Stamm[3] dieser Gattung festgestellt, da dieser amorphes Eisenoxid unter anaeroben Bedingungen zu extrazellulärem, feinkörnigem Magnetit[A 1] reduzieren konnte. Der Sinn vom Elektronentransfer von oder nach außen ist die Nutzung von Redoxreaktionen für den Energiegewinn von Zellen. Bei amorphen Eisenoxid beispielsweise, ist die Aufnahme dieses unlöslichen terminalen Elektronenakzeptors in die Zelle nicht möglich, also werden die Elektronen nach außen abgegeben.

Geobacter-Arten nutzen einen direkten Elektronentransfer zwischen Arten (DIET[A 3]) als eine Variante der Syntrophie, die zuerst für G. metallireducens und G. sulfurreducens beschrieben wurde.[15] Bei DIET wird durch biologische Strukturen ein Weg für den extrazellulären Elektronenaustausch von Zelle zu Zelle hergestellt wird und für G. metallireducens sind mehrere DIET-Beziehungen bekannt: zu einer anderen Geobacter-Art (zu G. sulfurreducens,[15][16]) und zu zwei Archaeen (zu Methanosarcina barkeri,[17] und zu Methanosaeta harundinacea[18]).

Eine allgemein bei Bakterien und Archaeen verbreitete Alternative zum DIET ist der Wasserstoff-Transfer zwischen Arten: ein Partner oxidiert organisches Material und reduziert mit den resultierenden Elektronen Protonen zu Wasserstoff und der andere Partner verwendet den Wasserstoff als Elektronendonator und reduziert mit den Elektronen einen terminalen Elektronenakzeptor (z. B. beim Bakterium Pelobacter carbinolicus und dem Archäon Methanosarcina barkeri[19]). Man darf annehmen, dass gerade bei Geobacter-Arten und bei deren Verwandten (Geobactereaceae) Kombinationen aus direkten und indirekten Varianten des Elektronentransfers vorkommen. Es gibt Untersuchungen zum Elektronentransfer zwischen den Arten durch die Unterstütztung mit elektrisch (teilweise) leitfähigem Material, wie Magnetit,[20][21][22] granulärer Aktivkohle,[23][17] Biokohle[24] und Kohlefasergewebe.[25]

Geobacter-Arten können Pili ausbilden, die als mikrobielle Nanodrähte wirken[26] und dann „E-Pili“ genannt werden (z. B.[27]). Untersuchungen haben gezeigt, dass beim DIET zwischen G. metallireducens und G. sulfurreducens bei beiden Partnern E-Pili vorkommen können, aber nur auf der Seite des Elektronendonator-Partners (G. metallireducens) notwendig sind, während der Elektronenakzeptor-Partner (G. sulfurreducens) diese nicht zwingend ausbilden muss.[27]

Systematik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Geobacter ist 1993 durch Lovley et al. als Gattung zusammen mit der Typusart Geobacter metallireducens beschrieben[2] und 1995 durch die Internationale Vereinigung der Mikrobiologischen Gesellschaften (IUMS) anerkannt worden.[1]

Die 16S-rRNA-Sequenz wies Geobacter als Mitglied der Deltaproteobacteria aus.[2]

Geobacter ist die Typusgattung der Familie Geobacteriacea, die 2004 von Holmes et al. beschrieben und anerkannt wurde.[28] Eine spätere, erneute Beschreibung dieser Familie verweist ebenfalls auf Geobacter als Typusgattung (Beschreibung 2005[29] und Anerkennung 2006[30]) .

Die aktuelle Einordnung und Nomenklatur ist in der LPSN ersichtlich. Aktuell umfasst Geobacter 19 Arten (Abruf 2019-05[31][32]).

Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch ihren anaeroben, chemoorganotrophen Stoffwechsel haben Geobacter-Arten Bedeutung in unterirdischen Ökosystemen. Eine Untersuchung von landwirtschaftlich genutztem Boden lieferte beispielsweise Hinweise darauf, dass Geobacter-Arten in Soja-Feldern in den argentinischen Pampas einen großen Einfluss bei der mikrobiellen Stickstofffixierung haben.[33]

Da Geobacter-Arten häufig Exoelektrogene[A 4] sind und einen anaeroben, chemoorganotrophen Stoffwechsel haben, bieten sich Anwendungen an, die auf die Oxidation giftiger, organischer Verbindungen, auf die Reduktion von Schwermetallen oder auf die Gewinnung von Energie fokussiert sind. Die meisten Anstrengungen zu diesen Themengebieten lassen sich für die beiden Geobacter-Arten G. metallireducens und G. sulfurreducens finden.

Es gibt Untersuchungen zu der Frage, welche Arten von Mikroben eine gestellte Aufgabe bevorzugt übernehmen und die Geobacter-Arten bei der Elektrizitätsgewinnung aus Haushaltsabwasser favorisieren (z. B.[34][35][36]). Bei technischen Anwendungen sind die Eigenschaften der Mikroben manchmal gleichzeitig nützlich wie hinderlich: bei G. lovleyi beispielsweise, ermöglicht sein anaerober Stoffwechsel zwar die Energiegewinnung mit Brennzoffzellen, die in künstlichen Feuchtgebieten wirksam sind, auf der anderen Seite kann seine geringe Toleranz gegenüber Sauerstoff jedoch sein Wachstum begrenzen.[37]

Möglicherweise lassen sich verschiedene Aufgaben auch miteinander verbinden, z. B. Schadstoffabbau und Energiegewinnung: bei einer Untersuchung zur Nutzung von mikrobiellen Brennstoffzellen für den Abbau von Oxytetracyclin, in denen beide Elektroden (Anode und Kathode) eine biokompatible Oberfläche aufwiesen, blieben Geobacter-typische Zellen nach Ausreifung des Biofilms an der Anode erhalten.[38]

Durch ihre Fähigkeit, Metalle zu reduzieren, sind Geobacter-Arten für die Umwandlung von giftigen und radioaktiven Schwermetallen, beispielsweise von Uran, interessant geworden.[39] Geobacter reduzieren lösliche, sechswertige Uranyl-Kationen [U(VI)], so dass unlösliche Partikel mit vierwertigen Uran [U(IV)] entstehen.[40] Die Pili wirken nicht nur als Reduktase,[41] sondern halten die Bakterienzelle auch auf Abstand zum Uran, dass nicht aufgenommen[40] werden muss.

Geobacter können zu methanbildenden Archaeen syntrophische Beziehungen eingehen, indem sie über elektrisch leitfähige Pili (E-Pili, mikrobielle Nanodrähte) Elektronen für die Methanogenese liefern.[17][18] Daher wurde häufig untersucht, wie sich die Zugabe von leitfähigem Material auf die Methanogenese auswirkt (z. B.[42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53]). In einer Überblicksarbeit wird darauf eingegangen, dass nicht alle beobachtbaren Effekte automatisch auf einen direkten Elektronentransfer zwischen Arten (DIET[A 3]) zurückgehen müssen, zumal DIET nur für zwei Paare (Ko-Kulturen: G. metallireducens—Methanosarcina barkeri[17] und G. metallireducens—Methanosaeta harundinacea[18]) sauber nachgewiesen wurde.[54]

Datenbanken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ↑ a b Extrazelluläre Umwandlung von amorphem Eisenoxid zu Magnetit durch Mikroben: Das amorphe Eisenoxid ist eine unlöslische, chemische Verbindung, die einen geringen Grad der Kristallisation aufweist und sich extrazellulär, also außerhalb der Zellen von Mikroorganismen befindet. Bei der Reduktion von Fe(III) zu Fe(II), also bei der Übertragung von Elektronen auf dreiwertiges Eisen, entsteht Magnetit, ein Eisenoxid aus zwei- und dreiwertigem Eisen mit einer kristallinen Struktur.
  2. ↑ a b c Eisenreduzierer: Mikroorganismus, der Eisen reduziert, im Allgemeinen dreiwertiges Eisen [Fe(III)] zu zweiwertigem Eisen [Fe(II)]. Die dissimilatorische Eisenreduktion wird auch Eisenatmung genannt. Siehe auch Eisen#Externer Elektronendonor und -akzeptor.
  3. ↑ a b DIET, direct interspecies electron transfer. Unmittelbare Elektronenübertragung zwischen Arten. Verwendung der Abkürzung, bzw. des Begriffs: Wang et al. 2016, PMID 26973614.
  4. ↑ Exoelektrogen: Ein „Exoelektrogener“ ist ein Mikroorganismus, der zum Elektronentransfer nach außerhalb der Zelle oder von außerhalb der Zelle in der Lage ist. Siehe auch Mikrobielle Brennstoffzelle#Aufbau, en:Exoelectrogen.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ↑ a b c IUMS: Validation of the Publication of New Names and New Combinations Previously Effectively Published Outside the IJSB: List No. 54. In: International Journal of Systematic Bacteriology. 45, 1995, S. 619, doi:10.1099/00207713-45-3-619.
  2. ↑ a b c d e D. R. Lovley, S. J. Giovannoni, D. C. White, J. E. Champine, E. J. Phillips, Y. A. Gorby, S. Goodwin: Geobacter metallireducens gen. nov. sp. nov., a microorganism capable of coupling the complete oxidation of organic compounds to the reduction of iron and other metals. In: Archives of microbiology. Band 159, Nummer 4, 1993, S. 336–344, PMID 8387263.
  3. ↑ a b c Derek R. Lovley, John F. Stolz, Gordon L. Nord, Elizabeth J. P. Phillips: Anaerobic production of magnetite by a dissimilatory iron-reducing microorganism. In: Nature. 330, 1987, S. 252, doi:10.1038/330252a0.
  4. ↑ a b c d e f g h i j k F. Caccavo, D. J. Lonergan, D. R. Lovley, M. Davis, J. F. Stolz, M. J. McInerney: Geobacter sulfurreducens sp. nov., a hydrogen- and acetate-oxidizing dissimilatory metal-reducing microorganism. In: Applied and environmental microbiology. Band 60, Nummer 10, Oktober 1994, S. 3752–3759, PMID 7527204, PMC 201883 (freier Volltext).
  5. ↑ a b c d D. R. Lovley, E. J. Phillips: Novel mode of microbial energy metabolism: organic carbon oxidation coupled to dissimilatory reduction of iron or manganese. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 54, Nr. 6, Juni 1988, ISSN 0099-2240, S. 1472–1480, PMID 16347658, PMC 202682 (freier Volltext).
  6. ↑ a b B. A. Methé, K. E. Nelson, J. A. Eisen, I. T. Paulsen, W. Nelson: Genome of Geobacter sulfurreducens: metal reduction in subsurface environments. In: Science (New York, N.Y.). Band 302, Nr. 5652, 12. Dezember 2003, ISSN 1095-9203, S. 1967–1969, doi:10.1126/science.1088727, PMID 14671304.
  7. ↑ a b c d Muktak Aklujkar, Julia Krushkal, Genevieve DiBartolo, Alla Lapidus, Miriam L. Land: The genome sequence of Geobacter metallireducens: features of metabolism, physiology and regulation common and dissimilar to Geobacter sulfurreducens. In: BMC microbiology. Band 9, 27. Mai 2009, ISSN 1471-2180, S. 109, doi:10.1186/1471-2180-9-109, PMID 19473543, PMC 2700814 (freier Volltext).
  8. ↑ a b Dan Sun, Aijie Wang, Shaoan Cheng, Matthew Yates, Bruce E. Logan: Geobacter anodireducens sp. nov., an exoelectrogenic microbe in bioelectrochemical systems. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 64, Pt 10, Oktober 2014, ISSN 1466-5034, S. 3485–3491, doi:10.1099/ijs.0.061598-0, PMID 25052395.
  9. ↑ a b Kelly P. Nevin, Dawn E. Holmes, Trevor L. Woodard, Erich S. Hinlein, David W. Ostendorf: Geobacter bemidjiensis sp. nov. and Geobacter psychrophilus sp. nov., two novel Fe(III)-reducing subsurface isolates. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 55, Pt 4, Juli 2005, ISSN 1466-5026, S. 1667–1674, doi:10.1099/ijs.0.63417-0, PMID 16014499.
  10. ↑ a b K. L. Straub, B. E. Buchholz-Cleven: Geobacter bremensis sp. nov. and Geobacter pelophilus sp. nov., two dissimilatory ferric-iron-reducing bacteria. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 51, Pt 5, September 2001, ISSN 1466-5026, doi:10.1099/00207713-51-5-1805, PMID 11594612.
  11. ↑ a b c J. D. Coates, V. K. Bhupathiraju, L. A. Achenbach, M. J. Mclnerney, D. R. Lovley: Geobacter hydrogenophilus, Geobacter chapellei and Geobacter grbiciae, three new, strictly anaerobic, dissimilatory Fe(III)-reducers. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 51, Pt 2, März 2001, ISSN 1466-5026, S. 581–588, doi:10.1099/00207713-51-2-581, PMID 11321104.
  12. ↑ Youlboong Sung, Kelly E. Fletcher, Kirsti M. Ritalahti, Robert P. Apkarian, Natalia Ramos-Hernández: Geobacter lovleyi sp. nov. strain SZ, a novel metal-reducing and tetrachloroethene-dechlorinating bacterium. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 72, Nr. 4, 2006-4, ISSN 0099-2240, S. 2775–2782, doi:10.1128/AEM.72.4.2775-2782.2006, PMID 16597982, PMC PMCPMC1448980 (nih.gov [abgerufen am 9. Mai 2019]).
  13. ↑ Umakanth Kunapuli, Michael K. Jahn, Tillmann Lueders, Roland Geyer, Hermann J. Heipieper: Desulfitobacterium aromaticivorans sp. nov. and Geobacter toluenoxydans sp. nov., iron-reducing bacteria capable of anaerobic degradation of monoaromatic hydrocarbons. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 60, Pt 3, März 2010, ISSN 1466-5026, S. 686–695, doi:10.1099/ijs.0.003525-0, PMID 19656942.
  14. ↑ Evgenya S. Shelobolina, Helen A. Vrionis, Robert H. Findlay, Derek R. Lovley: Geobacter uraniireducens sp. nov., isolated from subsurface sediment undergoing uranium bioremediation. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 58, Pt 5, Mai 2008, ISSN 1466-5026, S. 1075–1078, doi:10.1099/ijs.0.65377-0, PMID 18450691.
  15. ↑ a b Z. M. Summers, H. E. Fogarty, C. Leang, A. E. Franks, N. S. Malvankar, D. R. Lovley: Direct exchange of electrons within aggregates of an evolved syntrophic coculture of anaerobic bacteria. In: Science. Band 330, Nummer 6009, Dezember 2010, S. 1413–1415, doi:10.1126/science.1196526, PMID 21127257.
  16. ↑ Pravin Malla Shrestha, Amelia-Elena Rotaru, Muktak Aklujkar, Fanghua Liu, Minita Shrestha: Syntrophic growth with direct interspecies electron transfer as the primary mechanism for energy exchange. In: Environmental Microbiology Reports. Band 5, Nr. 6, Dezember 2013, ISSN 1758-2229, S. 904–910, doi:10.1111/1758-2229.12093, PMID 24249299.
  17. ↑ a b c d A. E. Rotaru, P. M. Shrestha, F. Liu, B. Markovaite, S. Chen, K. P. Nevin, D. R. Lovley: Direct interspecies electron transfer between Geobacter metallireducens and Methanosarcina barkeri. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 80, Nummer 15, August 2014, S. 4599–4605, doi:10.1128/AEM.00895-14, PMID 24837373, PMC 4148795 (freier Volltext).
  18. ↑ a b c Amelia-Elena Rotaru, Pravin Malla Shrestha, Fanghua Liu, Minita Shrestha, Devesh Shrestha: A new model for electron flow during anaerobic digestion: direct interspecies electron transfer to Methanosaeta for the reduction of carbon dioxide to methane. In: Energy Environ. Sci. Band 7, Nr. 1, 2014, ISSN 1754-5692, S. 408–415, doi:10.1039/C3EE42189A (rsc.org [abgerufen am 7. Mai 2019]).
  19. ↑ D. E. Holmes, A. E. Rotaru, T. Ueki, P. M. Shrestha, J. G. Ferry, D. R. Lovley: Electron and Proton Flux for Carbon Dioxide Reduction in Methanosarcina barkeri During Direct Interspecies Electron Transfer. In: Frontiers in Microbiology. Band 9, 2018, S. 3109, doi:10.3389/fmicb.2018.03109, PMID 30631315, PMC 6315138 (freier Volltext).
  20. ↑ Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, Kazuya Watanabe: Methanogenesis facilitated by electric syntrophy via (semi)conductive iron-oxide minerals. In: Environmental Microbiology. Band 14, Nr. 7, Juli 2012, ISSN 1462-2920, S. 1646–1654, doi:10.1111/j.1462-2920.2011.02611.x, PMID 22004041.
  21. ↑ Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, Kazuya Watanabe: Microbial interspecies electron transfer via electric currents through conductive minerals. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Band 109, Nr. 25, 19. Juni 2012, ISSN 1091-6490, S. 10042–10046, doi:10.1073/pnas.1117592109, PMID 22665802, PMC 3382511 (freier Volltext).
  22. ↑ Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, Kazuya Watanabe: Microbial interspecies electron transfer via electric currents through conductive minerals. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Band 109, Nr. 25, 19. Juni 2012, ISSN 1091-6490, S. 10042–10046, doi:10.1073/pnas.1117592109, PMID 22665802, PMC 3382511 (freier Volltext).
  23. ↑ Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, Kazuya Watanabe: Microbial interspecies electron transfer via electric currents through conductive minerals. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Band 109, Nr. 25, 19. Juni 2012, ISSN 1091-6490, S. 10042–10046, doi:10.1073/pnas.1117592109, PMID 22665802, PMC 3382511 (freier Volltext).
  24. ↑ Shanshan Chen, Amelia-Elena Rotaru, Pravin Malla Shrestha, Nikhil S. Malvankar, Fanghua Liu: Promoting interspecies electron transfer with biochar. In: Scientific Reports. Band 4, 21. Mai 2014, ISSN 2045-2322, S. 5019, doi:10.1038/srep05019, PMID 24846283, PMC 4028902 (freier Volltext).
  25. ↑ Shanshan Chen, Amelia-Elena Rotaru, Fanghua Liu, Jo Philips, Trevor L. Woodard: Carbon cloth stimulates direct interspecies electron transfer in syntrophic co-cultures. In: Bioresource Technology. Band 173, Dezember 2014, ISSN 1873-2976, S. 82–86, doi:10.1016/j.biortech.2014.09.009, PMID 25285763.
  26. ↑ Gemma Reguera, Kevin D McCarthy, Teena Mehta, Julie S Nicoll, Mark T Tuominen, Derek Lovley: Extracellular electron transfer via microbial nanowires. In: Nature. 435. Jahrgang, Nr. 7045, 2005, S. 1098–1101, doi:10.1038/nature03661 (nature.com).
  27. ↑ a b T. Ueki, K. P. Nevin, A. E. Rotaru, L. Y. Wang, J. E. Ward, T. L. Woodard, D. R. Lovley: Strains Expressing Poorly Conductive Pili Reveal Constraints on Direct Interspecies Electron Transfer Mechanisms. In: mBio. Band 9, Nummer 4, 07 2018, S. , doi:10.1128/mBio.01273-18, PMID 29991583, PMC 6050967 (freier Volltext).
  28. ↑ D. E. Holmes, K. P. Nevin, D. R. Lovley: Comparison of 16S rRNA, nifD, recA, gyrB, rpoB and fusA genes within the family Geobacteraceae fam. nov. In: International journal of systematic and evolutionary microbiology. Band 54, Nummer 5, September 2004, S. 1591–1599, doi:10.1099/ijs.0.02958-0, PMID 15388715.
  29. ↑ G. M. Garrity, J. A. Bell & T. Lilburn: Family II. Geobacteraceae fam. nov. In: D.J. BRENNER, N.R. KRIEG, J.T. STALEY & G. M. GARRITY (Hrsg.): Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, second edition,. Volume two: (The Proteobacteria), part C (The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteobacteria). Springer-Verlag, New York 2005, ISBN 978-0-387-24145-6, S. 1017, doi:10.1007/978-0-387-29298-4.
  30. ↑ IUMS: Validation List No. 107: List of new names and new combinations previously effectively, but not validly, published. In: INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY. 56, 2006, S. 499, doi:10.1099/ijs.0.64289-0.
  31. ↑ LPSN in Zusammenarbeit mit der Ribocon GmbH: Classification of domains and phyla - Hierarchical classification of prokaryotes (bacteria), Version 2.1. Updated 19 July 2018. In: LPSN, List of prokaryotic names with standing in nomenclature. J. P. Euzéby, Juli 2018, abgerufen im Mai 2019 (englisch).
  32. ↑ LPSN in Zusammenarbeit mit der Ribocon GmbH: Abruf der Gattung mit ihren Arten. In: LPSN, List of prokaryotic names with standing in nomenclature. J. P. Euzéby, abgerufen im Mai 2019 (englisch).
  33. ↑ Priscila A. Calderoli, Mónica M. Collavino, Filipe Behrends Kraemer, Héctor J. M. Morrás, O. Mario Aguilar: Analysis of nifH-RNA reveals phylotypes related to Geobacter and Cyanobacteria as important functional components of the N2 -fixing community depending on depth and agricultural use of soil. In: MicrobiologyOpen. Band 6, Nr. 5, Oktober 2017, ISSN 2045-8827, doi:10.1002/mbo3.502, PMID 28766873, PMC 5635172 (freier Volltext).
  34. ↑ Clara Corbella, Miriam Guivernau, Marc Viñas, Jaume Puigagut: Operational, design and microbial aspects related to power production with microbial fuel cells implemented in constructed wetlands. In: Water Research. Band 84, 1. November 2015, ISSN 1879-2448, S. 232–242, doi:10.1016/j.watres.2015.06.005, PMID 26253894.
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  36. ↑ Roland D. Cusick, Patrick D. Kiely, Bruce E. Logan: A monetary comparison of energy recovered from microbial fuel cells and microbial electrolysis cells fed winery or domestic wastewaters. In: International Journal of Hydrogen Energy. Band 35, Nr. 17, September 2010, S. 8855–8861, doi:10.1016/j.ijhydene.2010.06.077.
  37. ↑ Clara Corbella, Rebecca P. Steidl, Jaume Puigagut, Gemma Reguera: Electrochemical characterization of Geobacter lovleyi identifies limitations of microbial fuel cell performance in constructed wetlands. In: International Microbiology: The Official Journal of the Spanish Society for Microbiology. Band 20, Nr. 2, Juni 2017, ISSN 1139-6709, S. 55–64, doi:10.2436/20.1501.01.285, PMID 28617523.
  38. ↑ Junfeng Chen, Yongyou Hu, Wantang Huang, Yanyan Liu, Meizhen Tang: Biodegradation of oxytetracycline and electricity generation in microbial fuel cell with in situ dual graphene modified bioelectrode. In: Bioresource Technology. Band 270, Dezember 2018, ISSN 1873-2976, S. 482–488, doi:10.1016/j.biortech.2018.09.060, PMID 30245318.
  39. ↑ Gemma Reguera: Microbes, cables, and an electrical touch. In: International Microbiology: The Official Journal of the Spanish Society for Microbiology. Band 18, Nr. 3, September 2015, ISSN 1139-6709, S. 151–157, doi:10.2436/20.1501.01.245, PMID 27036742.
  40. ↑ a b Dena L. Cologgi, Sanela Lampa-Pastirk, Allison M. Speers, Shelly D. Kelly, Gemma Reguera: Extracellular reduction of uranium via Geobacter conductive pili as a protective cellular mechanism. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Band 108, Nr. 37, 13. September 2011, ISSN 1091-6490, S. 15248–15252, doi:10.1073/pnas.1108616108, PMID 21896750, PMC 3174638 (freier Volltext).
  41. ↑ Gemma Reguera: Electron transfer at the cell-uranium interface in Geobacter spp. In: Biochemical Society Transactions. Band 40, Nr. 6, 1. Dezember 2012, ISSN 1470-8752, S. 1227–1232, doi:10.1042/BST20120162, PMID 23176459.
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  43. ↑ Jiajia Li, Leilei Xiao, Shiling Zheng, Yuechao Zhang, Min Luo: A new insight into the strategy for methane production affected by conductive carbon cloth in wetland soil: Beneficial to acetoclastic methanogenesis instead of CO2 reduction. In: The Science of the Total Environment. Band 643, 1. Dezember 2018, ISSN 1879-1026, S. 1024–1030, doi:10.1016/j.scitotenv.2018.06.271, PMID 30189519.
  44. ↑ Xiomar Gómez, William Meredith, Camino Fernández, Mario Sánchez-García, Rebeca Díez-Antolínez: Evaluating the effect of biochar addition on the anaerobic digestion of swine manure: application of Py-GC/MS. In: Environmental Science and Pollution Research International. Band 25, Nr. 25, September 2018, ISSN 1614-7499, S. 25600–25611, doi:10.1007/s11356-018-2644-4, PMID 29959741.
  45. ↑ Zhongzhong Wang, Qidong Yin, Mengqi Gu, Kai He, Guangxue Wu: Enhanced azo dye Reactive Red 2 degradation in anaerobic reactors by dosing conductive material of ferroferric oxide. In: Journal of Hazardous Materials. Band 357, 5. September 2018, ISSN 1873-3336, S. 226–234, doi:10.1016/j.jhazmat.2018.06.005, PMID 29890419.
  46. ↑ Dexin Wang, Yuxing Han, Hongjun Han, Kun Li, Chunyan Xu: New insights into enhanced anaerobic degradation of Fischer-Tropsch wastewater with the assistance of magnetite. In: Bioresource Technology. Band 257, Juni 2018, ISSN 1873-2976, S. 147–156, doi:10.1016/j.biortech.2018.02.084, PMID 29499496.
  47. ↑ Carolina Cruz Viggi, Serena Simonetti, Enza Palma, Pamela Pagliaccia, Camilla Braguglia: Enhancing methane production from food waste fermentate using biochar: the added value of electrochemical testing in pre-selecting the most effective type of biochar. In: Biotechnology for Biofuels. Band 10, 2017, ISSN 1754-6834, S. 303, doi:10.1186/s13068-017-0994-7, PMID 29255486, PMC 5729428 (freier Volltext).
  48. ↑ Zisheng Zhao, Yang Li, Qilin Yu, Yaobin Zhang: Ferroferric oxide triggered possible direct interspecies electron transfer between Syntrophomonas and Methanosaeta to enhance waste activated sludge anaerobic digestion. In: Bioresource Technology. Band 250, Februar 2018, ISSN 1873-2976, S. 79–85, doi:10.1016/j.biortech.2017.11.003, PMID 29153653.
  49. ↑ Maria José Cuetos, E. Judith Martinez, Rubén Moreno, Rubén Gonzalez, Marta Otero: Enhancing anaerobic digestion of poultry blood using activated carbon. In: Journal of Advanced Research. Band 8, Nr. 3, Mai 2017, ISSN 2090-1232, S. 297–307, doi:10.1016/j.jare.2016.12.004, PMID 28462003, PMC 5403941 (freier Volltext).
  50. ↑ Yue Li, Yaobin Zhang, Yafei Yang, Xie Quan, Zhiqiang Zhao: Potentially direct interspecies electron transfer of methanogenesis for syntrophic metabolism under sulfate reducing conditions with stainless steel. In: Bioresource Technology. Band 234, Juni 2017, ISSN 1873-2976, S. 303–309, doi:10.1016/j.biortech.2017.03.054, PMID 28340434.
  51. ↑ Qidong Yin, Kai He, Aike Liu, Guangxue Wu: Enhanced system performance by dosing ferroferric oxide during the anaerobic treatment of tryptone-based high-strength wastewater. In: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 101, Nr. 9, Mai 2017, ISSN 1432-0614, S. 3929–3939, doi:10.1007/s00253-017-8194-8, PMID 28235990.
  52. ↑ Yan Dang, Dawn E. Holmes, Zhiqiang Zhao, Trevor L. Woodard, Yaobin Zhang: Enhancing anaerobic digestion of complex organic waste with carbon-based conductive materials. In: Bioresource Technology. Band 220, November 2016, ISSN 1873-2976, S. 516–522, doi:10.1016/j.biortech.2016.08.114, PMID 27611035.
  53. ↑ Jianchao Zhang, Yahai Lu: Conductive Fe3O4 Nanoparticles Accelerate Syntrophic Methane Production from Butyrate Oxidation in Two Different Lake Sediments. In: Frontiers in Microbiology. Band 7, 2016, ISSN 1664-302X, S. 1316, doi:10.3389/fmicb.2016.01316, PMID 27597850, PMC 4992681 (freier Volltext).
  54. ↑ Gilberto Martins, Andreia F. Salvador, Luciana Pereira, M. Madalena Alves: Methane Production and Conductive Materials: A Critical Review. In: Environmental Science & Technology. Band 52, Nr. 18, 18. September 2018, ISSN 0013-936X, S. 10241–10253, doi:10.1021/acs.est.8b01913.

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UNTERHALB DES ARTIKELS[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

| Geobacter sulfurreducens | Geobacter metallireducens | Geobacter | Geobacteraceae | Desulfuromonadales | Deltaproteobacteria | Proteobacteria | Bacteria

Berechnungen Gene im Genom[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Berechnung der Gen-Zahlen in Aklujkar et al. (2009).[1] Vier Sätze für G. metallireducens, drei Sätze für G. sulfurreducens, ein Satz für die homologen Gene.

Die Berechnung kann im Grunde nachvollzogen werden, im Artikel werden allerdings 3629 (protein-coding genes and pseudogenes) angegeben, die eigene Berechnung erbringt 3628 (= 3518 + 13 + 59 + 56 + 4 +(10-10) -22) proteincodierende_Gene+Pseudogene. Auf die Relation der homologen Gene (66,2 %) hat der Unterschied keinen Einfluss (66,2348 % oder 66,2166 % für 2403/3628 oder 2403/3629).

Nach den homologen Genen kommen die "intact protein-coding genes" für G.m. Das sollen 3563 sein. Die eigenen Berechnungen ergeben für "protein-coding genes + RNA-coding genes" = 3561 (= 3518 + 13 + 4 -10 -22 + 58), was darauf hinweisen würde, das eigentlich "intact genes" statt "intact protein-coding genes" gemeint wären. Irgendetwas ist bei "genes", "protein-coding genes", "pseudogenes", "RNA-coding genes" und "...intact..." sowie bei "...genome...", "...plasmid..." und "...chromosome..." nicht stimmig.

Wahrscheinlich ist "... and 4 genes to the plasmid" in meiner Berechnung nicht korrekt zugeordnet worden.

The of the G. metallireducens genome

automated annotation

3518 protein-coding genes / chromosome

13 genes / plasmid (The automated annotation of the G. metallireducens genome identified 3518 protein-coding genes on the chromosome of 3997420 bp and 13 genes on the plasmid (designated pMET1) of 13762 bp. )

Manual curation

chromosome

+ 59 protein-coding genes

+ 56 pseudogenes

+ 4 genes to the plasmid. (Manual curation added 59 protein-coding genes plus 56 pseudogenes to the chromosome and 4 genes to the plasmid.)

-10 genes

+ 10 pseudogenes

- 22 genes (Ten of the chromosomal genes were reannotated as pseudogenes and another 22 were removed from the annotation.)

+ 58 RNA-coding genes

+ 479 conserved nucleotide sequence features (58 RNA-coding genes in the automated annotation, manual curation identified 479 conserved nucleotide sequence features.)

protein-coding genes + pseudogenes = 3518 + 13 + 59 + 56 + 4 +(10-10) -22 = 3628

protein-coding genes = 3518 + 13 + 4 -10 -22 = 3525

protein-coding genes + RNA-coding genes = 3518 + 13 + 4 -10 -22 + 58 = 3561

G. sulfurreducens

automated annotation

3446 protein-coding genes

manual curation

+ 142 protein-coding genes

+ 19 pseudogenes (Likewise, to the 3446 protein-coding genes in the automated annotation of the G. sulfurreducens genome [12], manual curation added 142 protein-coding genes and 19 pseudogenes.)

- 5 genes

+ 5 pseudogenes

- 103 genes (Five genes were reannotated as pseudogenes and 103 genes were removed from the annotation.)

+ 55 RNA-coding genes

+ 462 conserved nucleotide sequence features (In addition to the 55 RNA-coding genes in the automated annotation, manual curation identified 462 conserved nucleotide sequence features.)

protein-coding genes + pseudogenes = 3446 + 142 + 19 +(5-5) -103 = 3362

protein-coding genes = 3446 + 142 -5 -103 = 3480

protein-coding genes + RNA-coding genes = 3446 + 142 -5 -103 + 55 = 3535

3629 protein-coding genes + pseudogenes / G. metallireducens

2403 one or more full-length homologs / G. metallireducens X G. sulfurreducens

66.2% [= 2403 / 3629] (Of the 3629 protein-coding genes and pseudogenes in G. metallireducens, 2403 (66.2%) had one or more full-length homologs in G. sulfurreducens.)

[ voausgehende Berechnung für G. m.:

protein-coding genes + pseudogenes = 3518 + 13 + 59 + 56 + 4 +(10-10) -22 = 3628

protein-coding genes = 3518 + 13 + 4 -10 -22 = 3525

protein-coding genes + RNA-coding genes = 3518 + 13 + 4 -10 -22 + 58 = 3561

weiterhin:

"protein-coding genes", nur "chromosome"

= 3518 + 59 -22 = 3555

= 3518 + 59 = 3577

]

3563 intact protein-coding genes [sind eigentlich intakte Gene, Gene ohne Pseudogene]

(The nucleotide composition of the 3563 intact protein-coding genes of G. metallireducens was determined in order to identify some of those that were very recently acquired.)

  1. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen :1.
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