Paracoccaceae

Die Paracoccaceae sind eine Familie von Bakterien. Die Familie umfasst Bakterien, die oft in marinen Lebensräumen vorkommen, und weist eine große metabolische und ökologische Vielfalt auf. Arten sind auch in anderen Habitaten anzutreffen, wie Süßwasser, Boden (z. B. Arten von Paracoccus) oder im Abwasser (Amaricoccus) anzutreffen. Einige sind auf Sauerstoff angewiesen, also strikt aerob. Andere sind wiederum fakultativ anaerob, zeigen also auch unter Sauerstoffausschluss Wachstum. Viele Arten können die Photosynthese nutzen. Einige Vertreter wurden früher der Familie Rhodobacteraceae zugeordnet. Diese Familie wurde aufgelöst und die enthaltenden Gattungen auf verschiedene Familien aufgeteilt.

Paracoccaceae
Kolonien von Paracoccus yeei
Systematik
Klassifikation: Lebewesen Domäne: Bakterien (Bacteria) Abteilung: Proteobacteria Klasse: Alphaproteobacteria Ordnung: Rhodobacterales Familie: Paracoccaceae
Wissenschaftlicher Name
Paracoccaceae
Liang et al. 2022

Merkmale

Die Mitglieder der Familie Paracoccaceae sind gramnegative Bakterien, was bedeutet, dass sie bei der Gram-Färbung einen roten oder pinkfarbene Färbung zeigen. Sie können in verschiedenen Formen auftreten, darunter kokkoid (kugelförmig) und stäbchenförmig.

Einige Mitglieder sind begeißelt und beweglich, auch unbegeißelte Vertreter, wie Methylarcula sind vorhanden. Einige Arten vermehren sich durch Knospung. Anstelle der für die meisten Bakterienarten typische binäre Zellteilung, bei der zwei mehr oder weniger gleichgeformte und gleich große Zellen entstehen, bildet sich eine zunächst kleinere Tochterzelle, die mit der Mutterzelle einige Zeit verbunden bleibt. Die Tochterzelle wächst hierbei nicht gleichmäßig, sondern polar, an einem bestimmten Punkt. Zu den knospenden Arten zählen z. B. Rhodobacter blasticus und Gemmobacter aquatilis.

Stoffwechsel

Die Paracoccaceae zeichnen sich durch einen vielseitigen Stoffwechsel aus. Viele Arten sind in der Lage, unter aeroben und anaeroben Bedingungen eine Vielzahl organischer Verbindungen zu nutzen. Auch methylotrophe Arten, die z. B. Methylamin zur Energiegewinnung einsetzten, sind vorhanden.^[1]

Mehrere Arten sind photoheterotroph, d. h. sie nutzen die Lichtenergie und benötigen zusätzlich noch organische Verbindungen. Auch photoautotrophe Bakterien sind vorhanden.

Die phototrophen Arten besitzen das Bacteriochlorophyll a und zählen zu den Nichtschwefelpurpurbakterien. Sie nutzen meist Schwefelwasserstoff (H₂S) als Elektronenspender, hierbei wird Schwefel als Produkt freigesetzt. Einige Arten können den Schwefel dann auch weiter zu Sulfat oxidieren und damit noch einmal Energie gewinnen. Hierzu zählen viele Arten der Rhodobacter. Einige Arten der Gattung Roseinatronobacter besitzen relativ seltene Carotinoide, die im englischen als Demethylspheroidene und Demethylspheroidenone bezeichnet werden.

Einige Arten, z. B. viele von Rhodobacter, sind dazu noch in der Lage photolithoautotroph zu wachsen. Sie verwenden hierzu reduzierte Schwefelverbindungen (wie Sulfid oder Thiosulfat) oder Wasserstoff als Elektronendonoren („Elektronenspender“) und Bikarbonat (wenn im Wasser) oder CO₂ als Kohlenstoffquelle für den Zellsubstanzaufbau, diese Verbindungen werden durch den Calvin-Zyklus fixiert.

Bei einigen Gattungen handelt es sich um sogenannte „Aerobe anoxygene phototrophe Bakterien“ (AAPs), diese Organismen können eine Photosynthese unter aeroben Bedingungen betreiben, Kohlendioxid wird hierbei allerdings nicht genutzt und somit produzieren sie dabei keinen Sauerstoff. Sie nutzen Licht als zusätzliche Energiequelle, zusätzlich werden organische Substanzen benötigt. Hierzu zählen z. B. einige Arten der Roseinatronobacter. Bei einigen handelt es sich um strenge heterotrophe Bakterien. Einige sind in der Lage, Schwefelverbindungen auch autotroph zu verwenden. Es sind auch denitrifizierende Arten vorhanden. Sie wandeln zur Energiegewinnung den im Nitrat (NO₃⁻) gebundenen Stickstoff zu molekularem Stickstoff (N₂) um. Paracoccus denitrificans ist ein Modellorganismus für die Untersuchung der Denitrifikation.^[2][3] Solche Bakterien spielen eine Rolle im Stickstoffkreislauf.^[1] Einige Arten sind auch in der Lage, aromatische Kohlenwasserstoffe im Stoffwechsel zu nutzen und somit abzubauen.^[4]

Die Art Rhodobacter capsulatus (auch als Cereibacter sphaeroides bezeichnet) produziert sogenannte „Gene Transfer Agents“ (GTAs). Hierbei handelt sich um virusähnliche Partikel, die von dem Bakterium produziert werden und genetisches Material zwischen Zellen übertragen können. Es wird hier nur ein sehr kleiner, zufälliger Ausschnitt der DNA übertragen. Hierdurch findet ein horizontaler Gentransfer statt, der in der Evolution eine bedeutende Rolle spielt. GTA hat sich vermutlich aus ehemaligen temperenten Phagen gebildet. Die Viren haben im Laufe der Zeit die Fähigkeit zur selbstständigen Kopie verloren und wurden fest in die Wirtszelle integriert.^[5][6]

Einige Arten reichern Polyhydroxybuttersäure (PHB) oder weitere verschiedene Polyhydroxyalkanoate (PHA) an, dies dient als Speicher für Nährstoffarmut.^[7]

Es folgt eine Tabelle einiger Beispielarten:^{[7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]}

Arten der Familie Paracoccaceae

Art	Isolation/Habitat	Metabolismus	Na⁺-Bedarf	Sonstige Hinweise	Referenzen
Defluviimonas denitrificans	Biofilter, marine Aquakultur-Rezirkulationssysteme (Israel)	chemoorganoheterotroph	Nein	-	Foesel et al., 2011
Gemmobacter aquatilis	Teich (USA)	fakultativ anaerob chemoorganoheterotroph, Denitrifikation unter anaeroben Bedingungen	Nein	-	Rothe et al., 1987
Gemmobacter changlensis	Schnee, Himalaya (Indien)	photoheterotroph (PH)	Nein	früher *Rhodobacter changlensis*	Chen et al., 2013a; Anil Kumar et al., 2007
Haematobacter missouriensis	klinische Blutproben aus Wunden	aerob chemoorganotroph	Nein	-	Helsel et al. 2007
Methylarcula marina	eine Mündung ins Asowsches Meer, Russland	FMT	Ja	bildet Ectoin	Doronina et al. 2000
Paracoccus denitrificans	Boden, Abwasser, Gülle, Klärschlamm	fakultativ chemolithoautotroph	Nein	fähig zur Denitrifikation	Ludwig et al. 1993
Pararhodobacter aggregans	im Biofilter einer marinen Aquakultur, Israel	areob, chemoorganotroph	Nein	-
Pseudorhobacter ferrugineus	Biofilter einer marinen Aquakultur	aerob, chemoorganotroph	Nein	-
Rhodobacter capsulatus	stagnierendes Süßwasser, Licht ausgesetzt, mit reduziertem Sauerstoff (USA, Kuba)	Nicht-Schwefelpurpurbakterien	Nein	-	Imhoff et al., 1984
Rhodobacter vinaykumarii	Gezeitenmeerwasser (Indien)	Nicht-Schwefelpurpurbakterien	Ja	-	Srinivas et al., 2007a
Rhodobacter viridis	Flusswasser und Schlamm (Indien)	Nicht-Schwefelpurpurbakterien	Nein	-	Shalem Raj et al., 2013
Roseinatronobacter thiooxidans	Sodasee in Sibirien	aerobe anoxygene Phototrophe	Ja	-	Sorokin et al. 2000
Roseitranquillus sediminis	Sediment von Kongsfjorden, Ny-Ålesund, Spitzbergen	chemoorganoheterotroph	Ja	-	Umar et al., 2021
Solirhodobacter olei	mit Öl verunreinigter Boden aus dem Daqing-Ölfeld in China.	chemolithoautotroph mit Thiosulfat	Nein	-	Chu et al. 2020
Thioclava pacifica	im Bereich einer suflidreichen Hydrothermalquelle an der Küste von Papua-Neuguinea	chemolithoautotrophes Wachstum mit Schwefelverbindungen	Ja	-	Sorokin et al. 2005
Zongyanglinia marinus	aus dem Sediment im Gelben Meer	streng aerob, reduziert Nitrat zu N2	Ja	-	Chu et al. 2020

Abkürzungen:

• AAP (Aerobic Anoxygenic Phototrophs): aerobe anoxygene Phototrophe
• FMT: fakultativ methylotroph

Ökologie

Die Paracoccaceae kommen in einer Vielzahl von Umgebungen vor, darunter Boden, Süßwasser und marine Ökosysteme.^[7][21] Ihre metabolische Flexibilität erlaubt es ihnen, sich an unterschiedliche ökologische Nischen anzupassen. Einige kommen in extremen Umgebungen vor. Arten wie Roseinatronobacter bogoriensis und R. thiooxidans wurden in Soda-Seen gefunden. Andere Stämme sind Bewohner von sulfidischen Hydrothermalgebieten (z. B. Thioclava pacifica) und heißen Quellen (Pleomorphobacterium xiamenense).^[4][17][22]

Anwendungen

Mitglieder der Familie Paracoccaceae haben Potenzial für biotechnologische Anwendungen wie die Bioremediation und die Behandlung von Abwässern. Durch ihre Denitrifikationsfähigkeiten könnten sie zur Entfernung von Nitrat aus belasteten Ökosystemen beitragen.^[1]