Methanosarcina mazei

Methanosarcina mazei ist eine Art der Klasse II der Methanogene und gehört zu den (ehemals) Euryarchaeota -Archaeen . Sie war zuvor unter den Namen Methanococcus mazei ^{[ 3 ]} , Methanococcus frisius und Methanosarcina frisia ^{[ 4 ] [ 5 ]} bekannt .

M. mazei wurde erstmals 1915 von Mazé (damals als Pseudosarcina beschrieben) ^{[ 6 ]} entdeckt und 1936 von Albert Barker erstmals benannt. ^{[ 3 ]} Der Typstamm M. mazei Gö1 wurde 1988 von Friedrich Widdel aus einer Kläranlage in Göttingen isoliert. ^{[ 7 ]} M. mazei kommt in Süßwasser- und Meeressedimenten ^{[ 8 ]} sowie im Permafrost vor . ^{[ 1 ]}

Methanosarcina mazei bildet kokkoide Zellen mit einem Durchmesser von etwa 1–3 µm, die sich in Süßwasser mit einer S-Schicht und einer äußeren Methanochondroitin-Schicht aggregieren ^{[ 9 ]} und in höheren Salzkonzentrationen als Einzelzellen mit einer S-Schicht-Hülle wachsen ^{[ 10 ]} . M. mazei kann ein Enzym, die Disaggregatase, produzieren, um vom Aggregatzustand in den Einzelzellzustand überzugehen ^{[ 11 ]} . Die S-Schicht von M. mazei besteht hauptsächlich aus dem Protein MM1976, das fünf Glykosylierungsstellen aufweist ^{[ 10 ]} .

Bei einigen aus Taiwan isolierten Stämmen von M. mazei wurden Pilli und Gasvakuolen nachgewiesen. ^{[ 12 ]}

Das Genom von Methanosarcina mazei besteht aus einem einzelnen zirkulären Chromosom ^{[ 8 ]} mit einer Größe von etwa 4,1 Mbp und 3371 proteinkodierenden Genen. ^{[ 9 ]} Es besitzt einen einzigen Replikationsursprung ^{[ 13 ]} , eine durchschnittliche intergene Region von 303 bp ^{[ 14 ]} , einen kodierenden Bereich von 75,15 % ^{[ 15 ]} und einen GC-Gehalt von etwa 41 %. ^{[ 14 ]} M. mazei ist phylogenetisch eng mit Methanosarcina acetivorans und Methanosarcina barkeri verwandt und weist die größte Ähnlichkeit mit dem vorhergesagten Vorfahren-Genom dieser drei Arten auf. ^{[ 14 ]} Es sind zwei vollständige Chemotaxis-Gensätze vorhanden, die wahrscheinlich zumindest teilweise der Biofilmbildung dienen. ^{[ 8 ]}

M. mazei besitzt in vielen seiner Transkripte lange 5'- untranslatierte Regionen (bis zu 500 Nukleotide) , was für viele Archaeen untypisch ist. Antisense-sRNAs werden im gesamten Genom zur Regulation eingesetzt, unter anderem zur Stickstoffregulation und wahrscheinlich auch zur Transposonmobilität. ^{[ 15 ]}

Basierend auf DNA-Sequenzen nutzt M. mazei archaische DNA-Replikations-, Transkriptions- und Translationssysteme, seine DNA-Reparatursysteme ähneln jedoch eher bakteriellen Systemen. ^{[ 8 ]} M. mazei exprimiert Thermosom-Enzyme (Chaperonine der Gruppe II) sowie Chaperonine der Gruppe I, was wahrscheinlich eines von vielen Beispielen für horizontalen Gentransfer von Bakterien ist. ^{[ 16 ]} Gene, die vermutlich durch horizontalen Gentransfer erworben wurden, sind über das gesamte Genom verteilt, was darauf hindeutet, dass M. mazei Gene von vielen Wirten aufgenommen hat. ^{[ 8 ]}

M. mazei wächst zwischen 8 und 45 °C, mit einer optimalen Temperatur von 40 °C. Der optimale pH-Wert liegt bei 7,2, jedoch toleriert das Bakterium pH-Werte zwischen 5,5 und 8,5. ^{[ 9 ]} Es kann in Medien mit einem Salzgehalt von bis zu 800 mM Na⁺ ^{[ 17 ] ,} Ammoniumkonzentrationen von 3 g/L und Konzentrationen flüchtiger Fettsäuren von bis zu 10 g/L wachsen. Um auf Salzstress zu reagieren, kann M. mazei N-Acetyl-β-Lysin produzieren und Glycin-Betain transportieren. ^{[ 8 ]}

Die ATP-Synthese wird durch Wasserstoffionen unter Verwendung einer A ₁ A ₀ ATPase ^{[ 18 ]} und einer F ₄₂₀ H ₂ Dehydrogenase angetrieben. ^{[ 19 ]}

M. mazei kann verschiedene Kohlenstoffquellen für die Methanogenese nutzen , darunter CO₂ _, Acetat, Methanol und Methylamine. ^{[ 9 ]} Es kann Fe(III) in Ferrihydrit reduzieren, um die methylotrophe Methanogenese anzutreiben und Vivianit zu produzieren . ^{[ 20 ]} M. mazei kann Elektronen von Geobacter -Arten durch direkten interspezifischen Elektronentransfer (DIET) aufnehmen . Es benötigt kein Multi-Häm-Cytochrom, um an DIET teilzunehmen. ^{[ 21 ]}

M. mazei bietet Potenzial als Quelle für die Biokunststoffproduktion, den Schadstoffabbau und die Schwermetall- Bioremediation . Seine Toleranz gegenüber organischen Säuren, Ammoniak und Salzgehalt könnte es zu einem nützlichen Produktionsmikroorganismus machen, und es wurden viele Werkzeuge für sein Engineering entwickelt, darunter CRISPR , induzierbare Promotoren und die Verwendung von Pyrrolysyl-tRNA- Synthetasen zur Codon-Expansion. ^{[ 9 ]}