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Lewinella

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Lewinella
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Stamm: Bacteroidota
Klasse: Bacteroidia
Ordnung: Saprospirales
Familie: Lewinellaceae
Gattung: Lewinella
Wissenschaftlicher Name
Lewinella
Sly et al. 1998

Lewinella ist eine Gattung von Bakterien. Arten kommen in marinen Ökosystemen vor und sind u. a. von Interesse für den Abbau von Plastik.

Merkmale

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Die Zellen sind flexible Stäbchen, einige Arten (wie L. cohaerens und L. nigricans) bilden auch Filamente, also längere Ketten von Zellen. Die Filamente sind flexibel, unverzweigt und nicht spiralförmig. Filamentbruch oder Zelllyse hinterlassen leere Enden oder Zwischenräume (Nekridien, abgestorbene Zellen, siehe Nekrose). Die Zellen sind in der Regel 0,6 bis 3,0 mm lang, aber die Länge kann innerhalb einer axenischen Kultur erheblich variieren, wobei längliche Zellen Berichten zufolge bis zu 25 mm erreichen können. Im Gegensatz zu neueren Charakterisierungen wurden in der ursprünglichen Beschreibung der Isolate L. cohaerens, L. persica und L. nigricans größere Zellen mit einer Länge der mehrzelligen Filamente von manchmal über 150 mm angegeben. Die Zellen mehrerer Arten können von einer Hülle bzw. Scheide umgeben sein, die Hüllen können allerdings schwer zu erkennen sein. Auch kann ihr Vorhandensein möglicherweise von den Wachstumsbedingungen abhängen.[1]

Mehrere Arten, bzw. Stämme sind durch Gleiten beweglich (gliding motility). Sie sind Gram-negativ und produzieren orange oder gelbe Carotinoid-Pigmente. Es handelt sich hierbei um Saproxanthin bei L. persica und L. cohaerens und um Zeaxanthin bei L. nigricans. Kolonien von L. nigricans, die auf Trypton enthaltenden Nährböden gezüchtet wurden, sind aufgrund der Produktion eines wasserlöslichen schwarzen Pigments von einem dunklen Hof umgeben.[1]

Stoffwechsel und Wachstum

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Die Arten sind chemoorganotroph mit einem respiratorischen Stoffwechsel (Atmung), bei dem Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor dient. Sie führen also die normale Atmung durch.[2]

Die allgemeine Hydrolysefähigkeit von Lewinella weist auf die Fähigkeit hin, komplexe Kohlenstoffquellen zu verwerten, wobei Arten Stärke, Cellulose, Kasein, Gelatine sowie die Polysorbat-Tween-Detergentien hydrolysieren können. L. agarilytica ist auch in der Lage, Agar zu hydrolysieren. Kohlenhydrate können von den Arten ebenfalls metabolisiert werden.[1]

Nitrat (NO32-) wird von den meisten Arten nicht reduziert (Denitrifikation), eine Ausnahme ist L. antarctica.[1]

Die meisten Stämme sind psychrotolerant, wobei 4 Arten bei 4 °C wachsen können, obwohl die optimale Temperatur für alle zwischen 20 °C und 30 °C liegt. Bei allen Isolaten wird Wachstum in Medien beobachtet, die zwischen 1 % und 5 % Natriumchlorid (NaCl) enthalten, bei L. agarilytica sogar bis zu 9 %.[1]

Das wichtigste respiratorische Menachinon ist MK-7, und das in den getesteten Arten nachgewiesene zelluläre Polyamin ist Spermidin.[1]

Es folgt eine Tabelle mit Merkmalen einiger Arten:[1]

L. antarctica L. marina L. lutea L. cohaerens L. nigricans L. persica L. agarilytica
Farbe der Kolonien orange hellorange dunkelorange hellorange gelb dunkelorange hellorange
gliding motility - - - +/- +/- +/- +
Morphologie kurz, auch verlängerte Stäbchen Stäbchen kurz, auch verlängerte Stäbchen kurz, auch verlängerte Stäbchen, Filamente kurz, auch verlängerte Stäbchen, Filamente kurz, auch verlängerte Stäbchen, Filamente Stäbchen
Scheide k. A. k. A. k. A. + + + +
Zelllänge in μm 2,4–21,2 0,6–1,0 0,6–20 1,2–15 1,5–25 1,5–17 1,0–2,0
Zellbreite

e in μm

 0,9–1,4 0,4–0,5 0,3–0,5 0,3–0,5 0,3–0,6 0,3–0,5 0,4–0,6
Länge der Filamente in μm <21.2 k. A. 5–20 5–150+ 5–50 5–150+ 1,5–5,0
GC-Gehalt 50 61 56 45 53 53 51
Temperaturbereich, in dem Wachstum stattfindet in °C 3–25 4–42 10–35 10–30 15–37 4–30 4–37
optimale Temperatur 20 25–30 25 25 25–30 25 30
pH-Werte, die toleriert werden 5–10 6–10 6–8 6–8 6–8 6–8 5–10
optimaler pH-Wert 6 7–8 7 7 7 7 8–9
tolerierte NaCl-Werte 0,5–5 1–7 2–4 2–4 2–4 2–4 1–9

+, positiv; -, negativ; k. A., keine Angabe

Systematik

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Lewinella wurde benannt nach dem Wissenschaftler Ralph A. Lewin, der diese Organismen erstmals isolierte. Die Gattung zählt zu der Familie Lewinellaceae innerhalb der Ordnung Saprospirales der Bacteroidota. Im Januar 2026 waren 12 Arten bekannt. Es folgt eine Liste:[3]

Lewinella nigricans (Lewin 1970) Sly et al. 1998 wird nun der Gattung Herpetosiphon als Herpetosiphon nigricans zugeordnet.

Ökologie

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Die Arten kommen vor allem in marinen Gebieten vor. Die Erstbeschreibung von Lewinella cohaerens wurde von einem Strand in Biarritz, Frankreich, gefunden. Lewinella nigricans wurde von einem Strand nahe Lagos, Nigeria, isoliert.[2] Lewinella agarilytica stammt aus Küstensedimenten, L. antarctica aus dem antarktischen Meer.[4][5] Lewinella lutea wurde aus einer Meeresschnecke isoliert, die auf der japanischen Insel Mikurajima gesammelt wurde. Die Erstbeschreibung von Lewinella marina stammt aus einer Meeresablagerungsprobe aus Kamogawa, Japan. L. maritima stammt aus Meerwasserproben und Lewinella lacunae aus Lagunenwasserproben in der Republik Korea.[6][7]

Lewinella spielt auch eine wichtige Rolle innerhalb von Seegraswiesen. Stämme bilden Enzyme, die dazu dienen, Polymere von Seegrasblättern abzubauen. Zu den Polymeren zählen z. B. Lignocellulose, also schwer abzubauende Kohlenhydrate. Andere, hier mit beteiligte Organismen sind z. B. Vertreter von Cytophagia und Pilze, wie z. B. Flavodon flavus.[8]

Lewinella-Arten zählen zu den Mikrobiomen von den Mangrovenpflanzen Avicennia alba und Sonneratia alba in Südostasien. Andere häufige Bakterientaxa, die beiden Pflanzenarten gemeinsam sind, stellen Arten von Pleurocapsa, Tunicatimonas, Halomonas, Marinomonas, Altererythrobacter und Erythrobacter dar.[9] Diese Bakterien sind am Nährstoffkreislauf beteiligt und fördern auch die Überlebensfähigkeit der Wirte in rauen Umgebungen (Wainwright et al. 2023). Das gemeinsame Mikrobiom der Mangroven-Rhizosphäre umfasst Arten der Proteobacteria (aktuell als Pseudomonadata bezeichnet), Firmicutes (Bacillota) und Bacteroidetes, wobei Sulfatreduzierer und Methanogene Bakterien am häufigsten vorkommen.[10]

Lewinella zählt zu den Vertretern der Bacteroidetes, die häufig auf Plastikoberflächen vorkommen und für den Abbau von Plastik von Interesse sind. Andere Bakterien der Bacteroidetes, die Oberflächen von Mikroplastik besiedeln, sind Vertreter der Sphingomonadales und Flavobacteria. Andere, hierfür untersuchte Organismen sind u. a. die Blaualge Phormidium sowie die Bakterien Priestia megaterium und Rhodococcus ruber.[11][12][13][14][15][16] Lewinella kann hierbei Polyethylenterephthalat (PET) abbauen, Enzyme die hierbei eine Rolle spielen, sind Lipasen, Esterasen und Cutinase.[17][18][19]

Stämme von Lewinella können auch im Darm der Weißfußgarnele (Litopenaeus vannamei) auftreten und hier, wie auch Oceanospirillum und Saprospira, pathogen wirken.[20][21]

Vertreter von Lewinella sind auch für Interesse vom Abbau von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (abgekürzt PAK oder PAH von Polycyclic aromatic hydrocarbons), wie sie z. B. in Erdöl vorkommen.[22][23]

Einzelnachweise

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  1. 1 2 3 4 5 6 7 Simon Jon McIlroy, Per Halkjær Nielsen: The Family Saprospiraceae. In: The Prokaryotes. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-38953-5, S. 863–889, doi:10.1007/978-3-642-38954-2_138 (link.springer.com [abgerufen am 27. Januar 2026]).
  2. 1 2 Lindsay I. Sly, Mark Fegan: Lewinella. In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. John Wiley & Sons, Ltd, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, S. 1–5, doi:10.1002/9781118960608.gbm00358 (onlinelibrary.wiley.com [abgerufen am 27. Januar 2026]).
  3. ↑ LPSN - Genus: Lewinella. Abgerufen am 29. Januar 2026 (englisch).
  4. ↑ Soon Dong Lee: Lewinella agarilytica sp. nov., a novel marine bacterium of the phylum Bacteroidetes, isolated from beach sediment. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 57, Nr. 12, 1. Dezember 2007, ISSN 1466-5026, S. 2814–2818, doi:10.1099/ijs.0.65254-0.
  5. ↑ H.-M. Oh, K. Lee, J.-C. Cho: Lewinella antarctica sp. nov., a marine bacterium isolated from Antarctic seawater. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 59, Nr. 1, 1. Januar 2009, ISSN 1466-5026, S. 65–68, doi:10.1099/ijs.0.000794-0.
  6. ↑ Shams Tabrez Khan, Yukiyo Fukunaga, Yasuyoshi Nakagawa, Shigeaki Harayama: Emended descriptions of the genus Lewinella and of Lewinella cohaerens, Lewinella nigricans and Lewinella persica, and description of Lewinella lutea sp. nov. and Lewinella marina sp. nov. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 57, Nr. 12, 1. Dezember 2007, ISSN 1466-5026, S. 2946–2951, doi:10.1099/ijs.0.65308-0.
  7. ↑ Heeyoung Kang, Haneul Kim, Yochan Joung, Kiseong Joh: Lewinella maritima sp. nov., and Lewinella lacunae sp. nov., novel bacteria from marine environments. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 67, Nr. 9, 1. September 2017, ISSN 1466-5026, S. 3603–3609, doi:10.1099/ijsem.0.002176.
  8. ↑ J. R. Seymour, B. Laverock, D. A. Nielsen, S. M. Trevathan-Tackett, P. I. Macreadie: The Microbiology of Seagrasses. In: Seagrasses of Australia. Springer International Publishing, Cham 2018, ISBN 978-3-319-71352-6, S. 343–392, doi:10.1007/978-3-319-71354-0_12 (springer.com [abgerufen am 28. Januar 2026]).
  9. ↑ Benjamin J. Wainwright, Trevor Millar, Lacee Bowen, Lauren Semon, K. J. E. Hickman, Jen Nie Lee, Zhi Yi Yeo, Geoffrey Zahn: The core mangrove microbiome reveals shared taxa potentially involved in nutrient cycling and promoting host survival. In: Environmental Microbiome. Band 18, Nr. 1, 1. Juni 2023, ISSN 2524-6372, doi:10.1186/s40793-023-00499-5.
  10. ↑ Nandita Das, Ankita Das, Dona Mazumder, Bhrigu Bhuyan, Sourav Debnath, Rajarshi Chowdhury, Rajnanda Thaosen, Piyush Pandey: Microbes for a Sustainable World: Pioneering the SDGs Through Microbial Ingenuity. In: Environmental Sustainability and Biotechnology: Opportunities and Challenges. Band 46. Springer Nature Singapore, Singapore 2025, ISBN 978-981-9690-24-4, S. 3–50, doi:10.1007/978-981-96-9025-1_1 (springer.com [abgerufen am 29. Januar 2026]).
  11. ↑ Indu Sharma, Sandeep, Neetu Jagota, Ashish Sharma, Raj Bala, Sonika Sharma, Ashutosh Sharma: Microbial Colonization and Degradation of Microplastics. In: Microplastics and Soil Microbiome. Springer Nature Singapore, Singapore 2025, ISBN 978-981-9649-77-8, S. 15–40, doi:10.1007/978-981-96-4978-5_2 (springer.com [abgerufen am 28. Januar 2026]).
  12. ↑ Martin Ogonowski, Asa Motiei, Karolina Ininbergs, Eva Hell, Zandra Gerdes, Klas I. Udekwu, Zoltan Bacsik, Elena Gorokhova: Evidence for selective bacterial community structuring on microplastics. In: Environmental Microbiology. Band 20, Nr. 8, 30. April 2018, ISSN 1462-2912, S. 2796–2808, doi:10.1111/1462-2920.14120.
  13. ↑ Anantpreet Kaur, Harpreet Walia: Climate Catastrophe Demands Urgent Attention by Sustainable Development. In: Biotechnology Innovations for a Sustainable Future. Springer Nature Singapore, Singapore 2026, ISBN 978-981-9798-58-2, S. 1665–1674, doi:10.1007/978-981-97-9859-9_81 (springer.com [abgerufen am 28. Januar 2026]).
  14. ↑ K. S. Sunish: Mangrove Microbiome Dynamics: Exploring Diversity and Ecological Interactions. In: Mangroves in a Changing World: Adaptation and Resilience. Band 13. Springer Nature Switzerland, Cham 2024, ISBN 978-3-031-67690-1, S. 87–110, doi:10.1007/978-3-031-67691-8_6 (springer.com [abgerufen am 28. Januar 2026]).
  15. ↑ Amit Kumar Verma, Ashok Kumar Nadda, Arun Gupta, Swati Sharma: Plastic Degradation and Utilization by Microbes: Challenges and Scope. In: Enzymes for Pollutant Degradation. Band 30. Springer Nature Singapore, Singapore 2022, ISBN 978-981-16-4573-0, S. 177–192, doi:10.1007/978-981-16-4574-7_9 (springer.com [abgerufen am 29. Januar 2026]).
  16. ↑ Sonja Oberbeckmann, A. Mark Osborn, Melissa B. Duhaime: Microbes on a Bottle: Substrate, Season and Geography Influence Community Composition of Microbes Colonizing Marine Plastic Debris. In: PLOS ONE. Band 11, Nr. 8, 3. August 2016, ISSN 1932-6203, S. e0159289, doi:10.1371/journal.pone.0159289.
  17. ↑ S.M. Satti, A.A. Shah: Polyester‐based biodegradable plastics: an approach towards sustainable development. In: Letters in Applied Microbiology. Band 70, Nr. 6, 18. März 2020, ISSN 0266-8254, S. 413–430, doi:10.1111/lam.13287.
  18. ↑ A Review: Plastics Waste Biodegradation Using Plastics-Degrading Bacteria. In: Journal of Environmental Treatment Techniques. Band 9, Nr. 1, 21. Oktober 2020, ISSN 2309-1185, S. 148–157, doi:10.47277/jett/9(1)157.
  19. ↑ Neha Rani Bhagat, Younis Ahmed, Rajesh Kumar, Arup Giri: Application of Potential Microbial Biotechnology for Sustainable Human Health. In: Role of Microbes in Sustainable Development. Springer Nature Singapore, Singapore 2023, ISBN 978-981-9931-25-5, S. 111–158, doi:10.1007/978-981-99-3126-2_6 (springer.com [abgerufen am 29. Januar 2026]).
  20. ↑ Xue Zhang, Jingfeng Sun, Zhuoran Han, Feng Chen, Aijun Lv, Xiucai Hu, Xueliang Sun, Hongli Qi, Yongjun Guo: Vibrio parahaemolyticus alters the community composition and function of intestinal microbiota in Pacific white shrimp, Penaeus vannamei. In: Aquaculture. Band 544, November 2021, S. 737061, doi:10.1016/j.aquaculture.2021.737061 (elsevier.com [abgerufen am 29. Januar 2026]).
  21. ↑ Sanath H. Kumar, Jerusha Stephen, K. Jeena, Manjusha Lekshmi, K. Sreedharan, Rajendran Kooloth Valappil: Shrimp Health and Microbiome. In: Microbiome of Finfish and Shellfish. Springer Nature Singapore, Singapore 2023, ISBN 978-981-9908-51-6, S. 181–201, doi:10.1007/978-981-99-0852-3_9 (springer.com [abgerufen am 29. Januar 2026]).
  22. ↑ Isabela Karina Della‐Flora, Vanessa Kristine de Oliveira Schmidt, Karina Cesca, Maikon Kelbert, Débora de Oliveira, Cristiano José de Andrade: Biostimulation and Bioaugmentation of Petroleum Hydrocarbons: From Microbial Growth to Genomics. In: Genomics Approach to Bioremediation. 1. Auflage. Wiley, 2023, ISBN 978-1-119-85210-0, S. 321–342, doi:10.1002/9781119852131.ch17 (wiley.com [abgerufen am 28. Januar 2026]).
  23. ↑ Eman Koshlaf, Esmaeil Shahsavari, Nagalakshmi Haleyur, A. Mark Osborn, Andrew S. Ball: Effect of biostimulation on the distribution and composition of the microbial community of a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated landfill soil during bioremediation. In: Geoderma. Band 338, März 2019, S. 216–225, doi:10.1016/j.geoderma.2018.12.001 (elsevier.com [abgerufen am 28. Januar 2026]).
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