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Lexikon der Biologie: methanoxidierende Bakterien

methanoxidierende Bakterien, methanotrophe Bakterien, gramnegative, strikt aerobe (katalase- und oxidasepositive) Bakterien, die Methan als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzen können (enthalten eine Methanmonooxygenase). Methanol (Methylalkohol) und vermutlich Formaldehyd werden auch von allen methanoxidierenden Bakterien verwertet. Sie haben Stäbchen-, Vibrionen- oder Kokkenform und gehören zur physiologischen Gruppe der methylotrophen Bakterien. Mit Methan wachsende Zellen enthalten ein intracytoplasmatisches Membransystem, entweder Membranstapel in der gesamten Zelle verteilt (Gruppe I) oder paarige Membranen am Zellrand (Gruppe II). Bemerkenswert ist die hohe Konzentration an Sterinen – die bei den meisten Prokaryoten fehlen – in den inneren Membranen. Sie bilden verschiedene Dauerstadien (Exosporen und Cysten) und sind unbeweglich oder durch Geißeln (Bakteriengeißel) beweglich. Die obligat methanoxidierenden Bakterien, die nur die oben genannten und einige wenige andere C1-Verbindungen) verwerten (methylotrophe Bakterien [Abb.]), werden neuerdings taxonomisch in die Familien Methylococcaceae (Typ I) und Methylocystaceae (Typ II) eingeordnet ( vgl. Tab. ). ATP wird im Atmungsstoffwechsel gebildet, der Kohlenstoff für Zellmaterial hauptsächlich in 2 besonderen Wegen assimiliert, dem Ribulosemonophosphat-Zyklus und dem Serin-Weg (Serin). Wenige Arten besitzen auch den Calvin-Zyklus für eine autotrophe CO2-Assimilation (Kohlendioxidassimilation). Viele können molekularen Stickstoff fixieren (Stickstoffixierung). Die wichtige ökologische Funktion der methanoxidierenden Bakterien ist die Rückführung des Methan-Kohlenstoffs als CO2 in den Kohlenstoffkreislauf der Biosphäre. Sie treten überall dort auf, wo fossil oder neu gebildetes Methan in Kontakt mit Luftsauerstoff kommt: Sedimente über Faulschlamm, Reisfelder, Seen, Teiche, überschwemmte Erde, Erdgas-, Erdölfelder, Bohrschlamm, Kohlegruben, Wasserpflanzen, Abwasser usw. In eutrophen Gewässern kann die Anzahl (103–108 Zellen pro Liter Wasser) bis 8% der gesamten heterotrophen Bakterien betragen. – Söhngen (1906) isolierte das erste methanoxidierende Bakterium, Pseudomonas methanica, später in Methylomonas methanica umbenannt. Methanoxidierende Bakterien haben zum Teil morphologisch und physiologisch große Ähnlichkeit mit nitrifizierenden Bakterien. Neben den obligaten Methanoxidierern findet man eine Reihe fakultativ methanoxidierender Bakterien. Sie unterscheiden sich von den obligaten Formen dadurch, daß sie zusätzlich organische Verbindungen mit mehreren C-Atomen (mit C–C-Bindung, z.B. Glucose) nutzen können. Methanotrophe Bakterien leben auch in enger Symbiose mit Tieren, z.B. Miesmuscheln und bestimmten Meeresschwämmen. – Neue Untersuchungen von Meeres-Sedimenten ergaben, daß auch unter O2-freien Bedingungen in symbiontischer Assoziation von Archaebakterien mit bakteriellen Sulfatreduzierern eine symbiontische Methanoxidation abläuft. Gashydrate.

G.S.

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