title: Novel deep branching Cu-containing membrane-bound monooxygenases: distribution and function
title: Novel deep branching Cu-containing membrane-bound monooxygenases: distribution and function
title: Neue kupferabhängige membrangebundene Monooxygenasen: Verbreitung und physiologische Funktion
Creators: name: Hainbuch, Stephanie
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Monooxygenasen , Methanotrophe Bakterien
alkanes
pxmA
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
monooxygenases , methanotrophic bacteria
Alkane
pmoA
methane
Methan

description: Das Schlüsselenzym der aeroben
      Methan Oxidation ist die partikuläre Methan Monooxygenase
      (pMMO). Sie gehört zur großen Familie der Kupfer-abhängigen
      membran-gebundenen Monooxygenasen (CuMMO). Die Gene des pMMO
      Operons können in mehreren Kopien im Genom von methanotrophen
      Bakterien vorliegen. Einige davon kodieren für pMMO Isoenzyme
      mit alternativen Funktionen. A neues Isoenzym (pXMO) wurde
      vor kurzem in einigen Alpha- und Gammaproteobacterien
      gefunden. pxmA Sequenzen dieses Enzyms fallen nicht in
      phylogenetische Gruppen charakterisierter pmoA Sequenzen,
      sondern in eine Gruppe von Umweltsequenzen (M84_P105), die zu
      den entfernt verwandten CuMMOs (iCuMMO) gehört. Um die
      Verbreitung von pxmA Sequenzen in methanotrophen Reinkulturen
      und in der Umwelt zu untersuchen, wurden Primer hergestellt,
      die spezifisch für einige iCuMMO Gruppen (inklusive der
      M84_P105 Gruppe) sind. Mit diesen neuen Primern konnte die
      pxmA in mehreren Methylomonas, Methylobacter und
      Methylosarcina Stämmen methylotropher Gattungen nachgewiesen
      werden. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass pxmA Sequenzen
      in verschieden Umwelten weit verbreitet sind und häufig
      vorkommen. Fast alle iCuMMO Gruppen besitzen keine Vertreter
      von Reinkulturen. Darum sind nur wenige Sequenzinformationen
      vorhanden, was die Untersuchungen der iCuMMO schwierig
      gestaltet. Eine Hybridisierungsmethode basieren auf
      magnetischen Sonden (magnetic capture hybridization, MCH)
      wurde entwickelt, um zusätzliche Sequenzinformationen zu
      erhalten. Diese Methode umgeht den Gebrauch von Primern und
      kann im Idealfall lange Sequenzen liefern, die auch
      Informationen über die Operonstruktur der iCuMMOs enthalten
      können. Die physiologische Funktion der iCuMMO ist nicht
      bekannt. Aufgrund einer phylogenetischen Verwandtschaft von
      pxmA Sequenzen zu Sequenzen, die mit der Alkane Oxidation in
      Verbindung gebracht werden, wurde vermutet, dass pxmA
      Sequenzen auch darin involviert sein könnten.
      Inkubationsexperimente mit Reinkulturen und Umweltproben
      lassen jedoch darauf schließen, dass dies nicht der Fall ist.
      Reinkultur Inkubationen weisen vielmehr darauf hin, dass pxmA
      Sequenzen an der Oxidation von Methan beteiligt sind. Um
      diese Hypothese zu bekräftigen müssen allerdings weitere
      Experimente durchgeführt werden. Die physiologische Funktion
      andere iCuMMO ist weiterhin unbekannt. Die iCuMMO wurden
      bislang wenig beachtet. Diese Studie zeigt allerdings, dass
      sie weit verbreitet sind und möglicherweise eine wichtige
      Rolle im globalen Elementkreislauf spielen. Methanotrophe
      Bakterien wurden lange für obligat gehalten. Aber fakultative
      Methanotrophe wurden gefunden, die zu den Typ II
      Methanotophen gehören und Substrate mit
      Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen wie Acetat, Pyruvat,
      Succinat, Malat und Ethanol verwerten können. In dieser
      Studie konnten wir zeigen, dass Typ II Methanotrophe eine
      Rolle beim Abbau von kurzkettigen Alkanen in Reisfeldböden
      spielen. Ob sie diese direkt verwerten oder ob sie
      Abbauprodukte der Alkane verwerten, die von anderen Bakterien
      zur Verfügung gestellt wurden, kann nicht abschließend
      geklärt werden. Jedoch zeigt diese Studie, dass die
      Beschränkung der Rolle der Methanotrophen auf wenige
      Substrate und spezifische physiologische Funktionen erweitert
      werden muss.
description: The key enzyme of the aerobic
      methane oxidation is the particulate methane monooxygenase
      (pMMO) pMMOs are members of the great family of Cu-containing
      membrane-bound monooxygenases (CuMMO). Genes of the pMMO
      operon can occur in multiple copies within the genome of
      methanotrophic bacteria. Some of them encode pMMO isoenzymes
      with alternative functions. A new isoenzyme (pXMO) has been
      recently found in some alpha- and gamma-proteobacterial
      methanotrophs. pxmA sequences of this isoenzyme do not
      cluster within groups of characterized pmoA sequences but
      within the environmental group (M84_P105) that belongs to the
      distantly related intermediate CuMMO (iCuMMO). To analyze the
      distribution of pxmA sequences in methanotrophic pure
      cultures and nature primers were designed that target several
      iCuMMO groups (including M84_P105). The pxmA could be
      detected in several strains of the methylotrophic genera
      Methylomonas, Methylobacter and Methylosarcina. Additionally,
      it could be shown that pxmA sequences are widespread and
      numerous in different environment. Almost all iCuMMO groups
      are not represented by pure cultures. Hence, little sequence
      information is available which makes the study of the iCuMMOs
      difficult. A magnetic capture hybridization method (MCH) was
      established to gain more sequence information of the iCuMMOs.
      MCH avoids the use of specific primers and may provide long
      target sequences and information about operon structures of
      the iCuMMOs. The physiological functions of the iCuMMOs are
      unknown. Due to a phylogenetic relationship of pxmA sequences
      to sequences of alkane oxidizers we suggested that they might
      be involved in alkane degradation, too. However, incubation
      experiments of pure cultures and environmental indicate that
      the analyzed iCuMMOs are not involved in alkane degradation.
      Pure culture incubations indicate that the pxmA of the
      environmental group M84_P105 might be involved in methane
      oxidation. But further studies need to be performed to
      confirm this hypothesis. The physiological function of the
      other iCuMMO groups remains still unknown. iCuMMOs were
      underestimated for a long time but this study shows that are
      widely distributed and may play an important role global
      element cycles. Methanotrophic bacteria has been believed to
      be obligate but facultative methanotrophs has been found
      among the type II methanotrophs that grow on substrates with
      carbon-carbon bounds like acetate, pyruvate, succinate,
      malate and ethanol. In this study we could show that type II
      methanotrophs play a role in the degradation of short chained
      alkanes in rice field soils. If they use the alkanes directly
      or if they use metabolic products provided by other bacteria
      needs to be analyzed. But these findings show that the
      restricted role of the methanotrophs to certain substrates
      and specific functions needs to be expended.