Methanoculleus bovis sp. nov., a New Methane-Producing Hydrogen-Utilizing Archaea from the Rumen of a Cow

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A new methanogen, strain 7TT, was isolated from the rumen of a cow (Moscow region, Russia). Morphologically, the strain is composed of non-motile coccoid cells of irregular shape, 1.3–4.3 μm in size, and small aggregates thereof. The strain uses exclusively a mixture of hydrogen and carbon dioxide as energy substrates for methanogenesis and requires the presence of acetate in the culture medium. The cells grow at a temperature of 20–53°C (optimum 45°C), pH 6.5–7.8 (optimum pH 7.2–7.4), and are tolerant to NaCl levels up to 0.34 M. According to the 16S rRNA gene sequence analysis, the new methanogen belongs to the genus Methanoculleus, sharing a gene similarity level of 98.16% with the closest species of this genus, M. bourgensis MS2T. The average nucleotide similarity (ANI) between the genomes of strains 7TT and M. bourgensis MS2T was 88.24%, and the virtual estimate of hybridization of the genomes of these two strains was 31.40%. The G + C content of genomic DNA is 61.27% mol. %. Based on the phylogenetic analysis and physiological and biochemical properties of the isolate, we propose to classify the isolated strain 7TT (= VKM B-3409T = JCM 39547T) as a new species Methanoculleus bovis sp. nov.

Sobre autores

V. Trubitsyn

Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, G.K. Scriabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: lichoradkin43@gmail.com
Pushchino, Russia

V. Rechkina

Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, G.K. Scriabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences

Email: lichoradkin43@gmail.com
Pushchino, Russia

N. Suzina

Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, G.K. Scriabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences

Email: lichoradkin43@gmail.com
Pushchino, Russia

A. Plotnikov

Orenburg Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lichoradkin43@gmail.com
Orenburg, Russia

A. Valyshev

Orenburg Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lichoradkin43@gmail.com
Orenburg, Russia

V. Kataev

Orenburg Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lichoradkin43@gmail.com
Orenburg, Russia

V. Shcherbakova

Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, G.K. Scriabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences

Email: lichoradkin43@gmail.com
Pushchino, Russia

Bibliografia

  1. Agostini S., Bucci L., Doni D., Costantini P., Gupte A., Müller B., Sibilla F., Basaglia M., Casella S., Kougias P.G., Campanaro S., Favaro L., Treu L. Bioaugmentation strategies based on bacterial and methanogenic cultures to relieve stress in anaerobic digestion of protein-rich substrates // Renewable Energy. 2024. V. 225. Art. 120270.
  2. Altschul S.F., Madden T.L., Schäffer A.A., Zhang J., Zhang Z., Miller W., Lipman D.J. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs // Nucl. Acids Res. 1997. V. 25. P. 3389‒3402.
  3. Arkin A.P., Cottingham R.W., Henry C.S., Harris N.L., Stevens R.L., Maslov S., Dehal P., Ware D., Perez F., Canon S., Sneddon M.W., Henderson M.L., Riehl W.J., Murphy-Olson D., Chan S.Y., Kamimura R.T., Kumari S., Drake M.M., Brettin, T.S., Glass E.M., Chivian D., Gunter D., Weston D.J., Allen B.H., Baumohl J., Best A.A., Bowen B., Brenner S.E., Bun C.C., Chandonia J.M., Chia J.M., Colasanti R., Conrad N., Davis J.J., Davison B.H., DeJongh M., Devoid S., Dietrich E., Dubchak I., Edirisinghe J.N., Fang G., Faria J.P., Frybarger P.M., Gerlach W., Gerstein M., Greiner A., Gurtowski J., Haun H.L., He F., Jain R., Joachimiak M.P., Keegan K.P., Kondo S., Kumar V., Land M.L., Meyer F., Mills M., Novichkov P.S., Oh T., Olsen G. J., Olson R., Parrello B., Pasternak S., Pearson E., Poon S.S., Price G.A., Ramakrishnan S., Ranjan P., Ronald P.C., Schatz M.C., Seaver S.M. D., Shukla M., Sutormin R.A., Syed M.H., Thomason J., Tintle N.L., Wang D., Xia F., Yoo H., Yoo S., Yu D. KBase: The United States department of energy systems biology knowledgebase // Nature Biotechnol. 2018. V. 36. P. 566–569.
  4. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., Lesin V.M., Nikolenko S.I., Pham S., Prjibelski A.D., Pyshkin A.V., Sirotkin A.V., Vyahhi N., Tesler G., Alekseyev M.A., Pevzner P.A. SPAdes: A new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing // J. Comput. Biol. 2012. V. 19. P. 455–477.
  5. Barret M., Gagnon N., Kalmokoff M.L., Topp E., Verastegui Y., Brooks S.P.J., Matias F., Neufeld J.D., Talbot G. Identification of Methanoculleus spp. as active methanogens during anoxic incubations of swine manure storage tank samples // Appl. Environ. Microbiol. 2013. V. 79. P. 424‒433.
  6. Bayley D.P., Koval S.F. Membrane association and isolation of the S-layer protein of Methanoculleus marisnigri // Can. J. Microbiol. 1994. V. 40. P. 237–241.
  7. Benson D.A., Cavanaugh M., Clark K., Karsch-Mizrachi I., Lipman D.J., Ostell J., Sayers E.W. GenBank // Nucl. Acids Res. 2017. V. 45 (D1). P. D37–D42. https://doi.org/10.1093/nar/gkw1070
  8. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data // Bioinform. 2014. V. 30. P. 2114–2120.
  9. Castresana J. Selection of conserved blocks from multiple alignments for their use in phylogenetic analysis // Mol. Biol. Evol. 2000. V. 17. P. 540–552.
  10. Chaumeil P.A., Mussig A.J., Hugenholtz P., Parks D.H. GTDB-Tk v2: memory friendly classification with the genome taxonomy database // Bioinformatics (Oxford, England). 2022. V. 38. P. 5315–5316. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac672
  11. Chen S.C., Chen M.F., Lai M.C., Weng C.Y., Wu S.Y., Lin S., Yang T.F., Chen P.C. Methanoculleus sediminis sp. nov., a methanogen from sediments near a submarine mud volcano // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2015. V. 65. P. 2141‒2147. https://doi.org/10.1099/ijs.0.000233
  12. Cheng L., Qiu T.L., Li X., Wang W.D., Deng Y., Yin X.B. and Zhang H. Isolation and characterization of Methanoculleus receptaculi sp. nov. from Shengli oil field, China // FEMS Microbiol. Lett. 2008. V. 285. P. 65‒71. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.006477
  13. Contreras-Moreira B., Vinuesa P. GET_HOMOLOGUES, a versatile software package for scalable and robust microbial pangenome analysis // Appl. Environ. Microbiol. 2013 V. 79. P. 7696‒7701. https://doi.org/10.1128/AEM.02411-13
  14. Dianou D., Miyaki T., Asakawa S., Morii H., Nagaoka K., Oyaizu H., Matsumoto S. Methanoculleus chikugoensis sp. nov., a novel methanogenic archaeon isolated from paddy field soil in Japan, and DNA‒DNA hybridization among Methanoculleus species // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2001. V. 51. P. 1663‒1669. https://doi.org/10.1099/00207713-51-5-1663
  15. Edgar R.C. MUSCLE: A multiple sequence alignment method with reduced time and space complexity // BMC Bioinform. 2004. V. 5. P. 1–19.
  16. Henderson G., Cox F., Ganesh S., Jonker A., Young W., Janssen P.H. Rumen microbial community composition varies with diet and host, but a core microbiome is found across a wide geographical range // Sci. Rep. 2015. V. 5. Art. 14567. https://doi.org/10.1038/srep14567
  17. Lai S.-J., Lai M.-C., Lin S., You Y.-T., Wei W.-H., Chen Y.-W., Lan Z.-H., Fan C.-H., Wu S.-Y., Hung C.-C., Ding J.-Y., Zhang W.-L., Deng Y.-C., Lee Y.-C., Shih C.-J., Wu Y.-C., Zhao J., Li Y., Chen S.-C. Six novel species of the genus Methanoculleus isolated from various environments in Taiwan // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2024. V. 74. Art. 006477.
  18. Larkin M.A., Blackshields G., Brown N.P., Chenna R., McGettigan P.A., McWilliam H., Valentin F., Wallace I.M., Wilm A., Lopez R., Thompson J.D., Gibson T.J., Higgins D.G. Clustal W and Clustal X version 2.0 // Bioinform. 2007. V. 23. P. 2947–2948.
  19. Maestrojuan G.M., Boone D.R., Xun L., Mah R.A., Zhang L. Transfer of Methanogenium bourgense, Methanogenium marisnigri, Methanogenium olentangyi, and Methanogenium thermophilicum to the genus Methanoculleus gen. nov., emendation of Methanoculleus marisnigri and Methanogenium, and description of new strains of Methanoculleus bourgense and Methanoculleus marisnigri // Int. J. Syst. Bacteriol. 1990. V. 40. P. 117‒122. https://doi.org/10.1099/00207713-40-2-117
  20. Marmur J. A procedure for the isolation of deoxyribonucleic acid from microorganisms // J. Mol. Biol. 1961. V. 3. P. 208–218.
  21. Maus I., Wibberg D., Stantscheff R., Stolze Y., Blom J., Eikmeyer F.G., Fracowiak J., König H., Pühler A., Schlüter A. Insights into the annotated genome sequence of Methanoculleus bourgensis MS2T, related to dominant methanogens in biogas-producing plants // J. Biotechnol. 2015. V. 201. P. 43‒53. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2014.11.020
  22. Mikucki J.A., Liu Y., Delwiche M., Colwell F.S., Boone D.R. Isolation of a methanogen from deep marine sediments that contain methane hydrates, and description of Methanoculleus submarinus sp. nov. // Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. P. 3311‒3316. https://doi.org/10.1128/AEM.69.6.3311-3316.2003
  23. Ollivier B.M., Mah R.A., Garcia J.L., Boone D.R. Isolation and characterization of Methanogenium bourgense sp. nov. // Int. J. Syst. Bacteriol. 1986. V. 36. P. 297‒301. https://doi.org/10.1099/00207713-36-2-297
  24. Parks D.H., Imelfort M., Skennerton C., Hugenholtz P., Tyson G. CheckM: Assessing the quality of microbial genomes recovered from isolates, single cells, and metagenomes // Genome Res. 2015. V. 25. P. 1043–1055. https://doi.org/10.1101/gr.186072.114
  25. Prakash O., Dodsworth J.A., Dong X., Ferry J.G., L’Haridon S., Imachi H., Kamagata Y., Rhee S.-K., Sagar I., Shcherbakova V., Wagner D., Whitman W.B. Proposed minimal standards for description of methanogenic archaea // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2023. V. 73. Art. 005500. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.005500
  26. Price M.N., Dehal P.S., Arkin A.P. FastTree 2 ‒ Approximately Maximum-Likelihood trees for large alignments // PLoS One. 2010. V. 5. Art. e9490. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0009490
  27. Rivard C.J., Smith P.H. Isolation and characterization of a thermophilic marine methanogenic bacterium, Methanogenium thermophilicum sp. nov. // Int. J. Syst. Bacteriol. 1982. V. 32. P. 430‒436.
  28. Romesser J.A., Wolfe R.S., Mayer F., Spiess E., Walther-Mauruschat A. Methanogenium, a new genus of marine methanogenic bacteria, and characterization of Methanogenium cariaci sp. nov. and Methanogenium marisnigri sp. nov. // Arch. Mikrobiol. 1979. V. 121. P. 147‒153.
  29. Shcherbakova V.A., Chuvilskaya N.A., Rivkina E.M., Pecheritsyna S.A., Laurinavichius K.S., Suzina N.E., Osipov G.A., Lysenko A.M., Gilichinsky D.A., Akimenko V.K. Novel psychrophilic anaerobic spore-forming bacterium from the overcooled water brine in permafrost: description Clostridium algoriphilum sp. nov. // Extremophiles. 2005. V. 9. P. 239–246.
  30. Shimizu S., Ueno A., Tamamura S., Naganuma T., Kaneko K. Methanoculleus horonobensis sp. nov., a methanogenic archaeon isolated from a deep diatomaceous shale formation // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2013. V. 63. P. 4320‒4323. https://doi.org/10.1099/ijs.0.053520-0
  31. Tamura K., Stecher G., Kumar S. MEGA11: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 11 // Mol. Biol. Evol. 2021. V. 38. P. 3022–3027.
  32. Tatusova T., DiCuccio M., Badretdin A., Chetvernin V., Nawrocki E.P., Zaslavsky L., Lomsadze A., Pruitt K.D., Borodovsky M., Ostell J. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline // Nucl. Acids Res. 2016. V. 44. P. 6614‒6624.
  33. Tian J., Wang Y., Dong X. Methanoculleus hydrogenitrophicus sp. nov., a methanogenic archaeon isolated from wetland soil // Int. J. Sys. Evol. Microbiol. 2010. V. 60. P. 2165–2169.
  34. Chen S.-C., Chen M.-F., Lai M.-C., Weng C.-Y., Wu S.-Y., Lin S., Yang T.F., Chen P.-C. Methanoculleus sediminis sp. nov., a methanogen from sediments near a submarine mud volcano // Int. J. Sys. Evol. Microbiol. 2015. V. 65. P. 2141–2147.
  35. Vo C.H., Goyal N., Karimi I.A., Kraft M. First observation of an acetate switch in a methanogenic autotroph (Methanococcus maripaludis S2) // Microbiol. Insights. 2020. V. 13. Art. 1178636120945300. https://doi.org/10.1177/1178636120945300
  36. Weng C.Y., Chen S.C., Lai M.C., Wu S.Y., Lin S., Yang T.F., Chen P.C. Methanoculleus taiwanensis sp. nov., a methanogen isolated from deep marine sediment at the deformation front area near Taiwan // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2015. V. 65. P. 1044‒1049. https://doi.org/10.1099/ijs.0.000062
  37. Wolin F.A., Wolin M.J., Wolfe R.S. Formation of methane by bacterial extracts // J. Biol. Chem. 1963. V. 238. P. 2882–2886.
  38. Zellner G., Messner P., Winter J., Stackebrandt E. Methanoculleus palmolei sp. nov., an irregularly coccoid methanogen from an anaerobic digester treating wastewater of a palm oil plant in north-Sumatra, Indonesia // Int. J. Syst. Bacteriol. 1998. V. 48. P. 1111‒1117. https://doi.org/10.1099/00207713-48-4-1111

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Baixar (651KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».