Photorhabdus
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- GENUS
Classification
- class
- Gammaproteobacteria
- order
- Enterobacterales
- genus
- Photorhabdus
Abstract
Photorhabdus ist eine Gattung von biolumineszierenden, gramnegativen Stäbchenbakterien, die symbiotisch in entomopathogenen (Insekten befallenden) Nematoden lebt. Photorhabdus ist bekanntlich ein Pathogen für ein breites Spektrum an Insekten und wurde in der Landwirtschaft bereits als Biopestizid verwendet. Die Symbiose mit den Nematoden besteht darin, dass sie deren Larven helfen, die Insekten zu parasitieren.
Arten
Die Gattung setzt sich gemäß LPSN wie folgt zusammen,LPSN: Photorhabdus Boemare et al. 1993 teilweise mit Untergliederungen wiedergegeben nach NCBINCBI: Photorhabdus (Boemare et al. 1993) emend. Fischer-Le Saux et al. 1999 (genus); graphisch: Photorhabdus, auf: Lifemap, NCBI Version. (Stand: 1. September 2021; die ursprünglichen drei Arten sind fett wiedergegeben): Gattung Photorhabdus et al. 1993
Spezies P. aegyptia et al. 2021 Spezies P. akhurstii ( et al. 1999) et al. 2018 Spezies P. asymbiotica et al. 1999
Stamm: Photorhabdus asymbiotica ATCC 43949 Spezies P. australis ( et al. 2004) et al. 2018
Subspezies: P. australis DSM 17609 Subspezies: P. australis subsp. thailandensis Spezies P. bodei et al. 2018 Spezies P. caribbeanensis ( et al. 2010) et al. 2018 Spezies P. cinerea () et al. 2018 Spezies P. hainanensis ( et al. 2010) et al. 2018 Spezies P. heterorhabditis et al. 2014 Spezies P. kayaii ( et al. 2004) et al. 2018 Spezies P. khanii ( et al. 2010) et al. 2018
Subspezies: P. khanii NC19 Subspezies: P. khanii subsp. guanajuatensis Subspezies: P. khanii subsp. khanii Spezies P. kleinii (An & Grewal 2011) et al. 2018 Spezies P. laumondii ( et al. 1999) et al. 2018
Subspezies: P. laumondii subsp. clarkei Subspezies: P. laumondii subsp. laumondii Spezies P. luminescens (Thomas & Poinar 1979) et al. 1993 – Typus, veraltet: Xenorhabdus luminescens
Subspezies: P. luminescens NBAII H75HRPL105 Subspezies: P. luminescens NBAII HiPL101
P. luminescens subsp. akhurstii P. luminescens subsp. laumondii
Subspezies: P. luminescens subsp. luminescens Subspezies: P. luminescens subsp. mexicana Subspezies: P. luminescens subsp. sonorensis Spezies P. namnaonensis ( et al. 2017) et al. 2018 Spezies P. noenieputensis ( et al. 2013) et al. 2018 Spezies P. stackebrandtii () et al. 2018 Spezies P. tasmaniensis ( et al. 2010) et al. 2018 Spezies P. temperata et al. 1999
Subspezies: P. temperata J3 Subspezies: P. temperata subsp. phorame Subspezies: P. temperata subsp. temperata
Stamm P. temperata subsp. temperata M1021 Stamm P. temperata subsp. temperata Meg1 Spezies P. thracensis ( et al. 2004) et al. 2018 … (etliche nicht-klassifiziete mutmaßliche Spezies mit vorläufigen Bezeichnungen)NCBI: unclassified Photorhabdus (list)
Spezies P. aegyptia et al. 2021 Spezies P. akhurstii ( et al. 1999) et al. 2018 Spezies P. asymbiotica et al. 1999
Stamm: Photorhabdus asymbiotica ATCC 43949 Spezies P. australis ( et al. 2004) et al. 2018
Subspezies: P. australis DSM 17609 Subspezies: P. australis subsp. thailandensis Spezies P. bodei et al. 2018 Spezies P. caribbeanensis ( et al. 2010) et al. 2018 Spezies P. cinerea () et al. 2018 Spezies P. hainanensis ( et al. 2010) et al. 2018 Spezies P. heterorhabditis et al. 2014 Spezies P. kayaii ( et al. 2004) et al. 2018 Spezies P. khanii ( et al. 2010) et al. 2018
Subspezies: P. khanii NC19 Subspezies: P. khanii subsp. guanajuatensis Subspezies: P. khanii subsp. khanii Spezies P. kleinii (An & Grewal 2011) et al. 2018 Spezies P. laumondii ( et al. 1999) et al. 2018
Subspezies: P. laumondii subsp. clarkei Subspezies: P. laumondii subsp. laumondii Spezies P. luminescens (Thomas & Poinar 1979) et al. 1993 – Typus, veraltet: Xenorhabdus luminescens
Subspezies: P. luminescens NBAII H75HRPL105 Subspezies: P. luminescens NBAII HiPL101
P. luminescens subsp. akhurstii P. luminescens subsp. laumondii
Subspezies: P. luminescens subsp. luminescens Subspezies: P. luminescens subsp. mexicana Subspezies: P. luminescens subsp. sonorensis Spezies P. namnaonensis ( et al. 2017) et al. 2018 Spezies P. noenieputensis ( et al. 2013) et al. 2018 Spezies P. stackebrandtii () et al. 2018 Spezies P. tasmaniensis ( et al. 2010) et al. 2018 Spezies P. temperata et al. 1999
Subspezies: P. temperata J3 Subspezies: P. temperata subsp. phorame Subspezies: P. temperata subsp. temperata
Stamm P. temperata subsp. temperata M1021 Stamm P. temperata subsp. temperata Meg1 Spezies P. thracensis ( et al. 2004) et al. 2018 … (etliche nicht-klassifiziete mutmaßliche Spezies mit vorläufigen Bezeichnungen)NCBI: unclassified Photorhabdus (list)
Bedeutung für die Landwirtschaft
Die Effizienz der Photorhabdus-Arten darin, Insekten zu röten und ihre Eignung als Biopestizid wurden untersucht. Die Verwendbarkeit von Photorhabdus-Arten alleine als Biopestizid, unabhängig von den Nematoden-Symbionten gegen
den Kleinen Kohlweißling (Pieris rapae), den Großen Kohlweißling (Pieris brassicae), die Mango-Schmierlaus (Drosicha mangiferae syn. Drosicha stebbingi, ( ))Drosicha stebbingi (giant mealybug) (alles aufklappen!) die Puppen der Kohlschabe (Plutella xylostella, Schleier- und Halbmotten)
wurde erfolgreich gezeigt. Sie haben auch das pathogene Potenzial, den Asiatischen Maiszünsler (Ostrinia furnacalis, en. ), einen Maisschädling in Ostasien, innerhalb von 48 Stunden zu töten.
den Kleinen Kohlweißling (Pieris rapae), den Großen Kohlweißling (Pieris brassicae), die Mango-Schmierlaus (Drosicha mangiferae syn. Drosicha stebbingi, ( ))Drosicha stebbingi (giant mealybug) (alles aufklappen!) die Puppen der Kohlschabe (Plutella xylostella, Schleier- und Halbmotten)
wurde erfolgreich gezeigt. Sie haben auch das pathogene Potenzial, den Asiatischen Maiszünsler (Ostrinia furnacalis, en. ), einen Maisschädling in Ostasien, innerhalb von 48 Stunden zu töten.
Beschreibung und Lebenszyklus
Photorhabdus-Arten erleichtern die Vermehrung entomopathogener Nematoden, indem sie anfällige Insektenlarven infizieren und abtöten. Entomopathogene Nematoden sind normalerweise im Boden zu finden. Die Nematoden infizieren die Larven, indem sie deren Cuticula der Larven durchlöchern. Wenn der Nematode in eine Insektenlarve eindringt, werden von ihm die Photorhabdus-Bakterien freigesetzt, die eine Reihe von Toxinen produzieren und den Wirt innerhalb von 48 Stunden abtöten. Die Photorhabdus-Bakterien ernähren sich vom „Kadaver“ des Insekts und verwandeln diesen in eine Nährstoffquelle für den Fadenwurm. Die adulten (ausgewachsenen) Nematoden verlassen den Insektenkörper und suchen sich neue Wirte, die sie befallen können. 200px|mini|alt=|3,5-Dihydroxy-4-isopropyl-trans-stilben (ST) Während der stationären Wachstumsphase in den Insektenlarven produzieren die Photorhabdus-Bakterien ein Toxin namens 3,5-Dihydroxy-4-isopropyl-trans-Stilben (ST, syn. Benvitimod, Tapinarof, CAS-Nr. 79338-84-4).Tapinarof (Synonyme: 3,5-Dihydroxy-4-isopropylstilbene, …), auf ChemIDplus3,5-Dihydroxy-4-isopropyl-trans-stilbene, auf ChemSpider Von diesem Stoff wird vermutet, dass er als selektives Antibiotikum wirkt und so Photorhabdus-Bakterien vor der Konkurrenz anderer Mikroorganismen schützt. Außerdem scheint er zu helfen, das Immunsystem des Insekts zu umgehen. Photorhabdus-Arten sind als Endosymbionten für Heterorhabditis-Nematoden von essentieller Bedeutung.
Etymologie
Der erste Namensbestandteil „photo“ weist auf die Biolumineszenz hin, der zweite „rhabdus“ auf die Stäbchenform.
Evolution
Es wird vermutet, dass die Photorhabdus-Arten die Toxin-Gene im Laufe der Evolution durch horizontalen Gentransfer (HGT) erworben haben.
Krankheitserreger des Menschen
Die ersten drei gefundenen Photohabdus-Spezies sind P. luminescens, P. temperata und P. asymbiotica. P. asymbiotica ist nachweislich für den Menschen ansteckend. Die Fälle sind bisher (Stand 2008) auf den US-Bundesstaat Texas und die Goldküste Australiens beschränkt und verlaufen meist nicht tödlich. Der erste derartige Fall einer Infektion beim Menschen wurde 1989 von den Centers for Disease Control (CDC) in den Vereinigten Staaten gemeldet. Obwohl es sich bei P. luminescens um ein insektenpathogenes Bakterium handelt, wurde es in Australien gelegentlich beim Menschen aus infizierten Hautläsionen beim Menschen isoliert, die wahrscheinlich von Spinnenbissen herrührten. Im Jahr 1999 wurden in einer Studie insgesamt vier Fälle von P. luminescens-Infektionen im Südosten Australiens gemeldet, einer im Jahr 1994 und drei im Jahr 1998.
Photorhabdus luminescens
mini|P. luminescens in Heterorhabditis bacteriophora. Die fluoreszenzmikroskopische Aufnahme, überlagert mit einem Hellfeldbildzeigt, dass sich die Bakterien am proximalen Ende des Darms in der Nähe des Pharynx befinden (p: Pharynx; b: TT01gfp) Die Typusspezies Photorhabdus luminescens (veraltet Xenorhabdus luminescens) ist ein tödlicher Krankheitserreger für Insekten und bakterieller Symbiont des Fadenwurms Heterorhabditis megidis (Familie Strongyloidea).NCBI: Heterorhabditis (genus, syn. Chromonema); graphisch: Heterorhabditis, auf: Lifemap, NCBI Version. Das Bakterium lebt im Darm dieses entomopathogenen Fadenwurms. Im Jahr 2003 wurde das vollständige Genom von P. luminescens sequenziert. Die DNA-Sequenz enthält eine Reihe von Genen, die für die Tötung des Insekts nach der Infektion unerlässliche Toxine kodieren. Dazu gehören Gene für Toxine, die beispielsweise den Tabakhornwurm (die Larve des Tabakschwärmers Manduca sexta)Grüne Raupe, ein Tabakhornwurm, Manduca sexta, auf einer Tomatenpflanze, auf alamy.de abtöten. Insgesamt werden die von P. luminescens abgesonderten Toxine in vier Hauptgruppen eingeteilt:
Tcs (, de. Toxische Komplexe) Mcf (, de. etwa „macht Raupen schlaff“), kodiert durch das Gen mcf Pir () PVCs ()
Im Detail:
Wenn der Fadenwurm ein Insekt parasitiert, werden die P. luminescens-Bakterien in den Blutkreislauf des Insekts freigesetzt und töten diesen Insektenwirt rasch (innerhalb von 48 Stunden) durch die Produktion von Toxinen wie dem hochmolekularen insektiziden Proteinkomplex Tca (). P. luminescens produziert zudem ein proteinhaltiges Toxin durch die Expression eines einzigen Gens namens ' (mcf).Epub 22. Juli 2002. Mcf löst die Apoptose in den Hämozyten und im Mitteldarmepithel der Insekten aus. Die Mfc-Toxine haben gezeigt, dass sie auch die Apoptose von Säugetierzellen auslösen können. Außerdem sondert das Bakterium Enzyme (Pir) ab , die das Gewebe des infizierten Insekts abbauen und in Nährstoffe umwandeln, die sowohl vom Fadenwurm als auch vom Bakterium genutzt werden können. Auf diese Weise erhalten beide Organismen genügend Nährstoffe, um sich mehrmals zu vermehren. Die Bakterien dringen wieder in die Nachkommen des Fadenwurms ein, wenn diese sich entwickeln. Es gibt zudem Gene, die in die Entwicklung des Insektenwirts eingreifen. Eine Deletion des Gens hfq führt zum Verlust der Produktion von Sekundärmetaboliten.
Ein weiteres von P. luminescens produziertes Toxin ist 3,5-Dihydroxy-4-isopropyl-trans-Stilben (ST). Experimente mit infizierten Larven der Großen Wachsmotte (Galleria mellonella) stützen die Annahme, dass diese Verbindung antibiotische Eigenschaften hat. Diese scheinen dazu beizutragen die Konkurrenz durch andere Mikroorganismen zu minimieren und die Fäulnis des nematodeninfizierten Insektenkadavers zu verhindern. Eine wichtige identifizierte Sequenz ist das Gen, das für bestimmte Polyketide und Synthasen nichtribosomaler Peptide kodiert; diese Produkte bewirken als Antibiotika Schutz gegen mikrobielle Konkurrenten. Das Genom enthält zudem ein MACPF-Protein, das jedoch nicht lytisch zu sein scheint.Epub 23. August 2007. Es enthält auch das Gen gcvB-RNA, das in eine kleine nicht-kodierende RNA transkribiert (übersetzt) wird, die an der Regulierung einer Reihe von Aminosäure-Transportsystemen sowie von Aminosäure-Biosynthese-Genen beteiligt ist.
P. luminescens ist biolumineszent; der Grund dafür ist jedoch noch nicht ganz geklärt. Es wurde berichtet, dass eine Infektion der Wunden von Soldaten im Amerikanischen Bürgerkrieg mit diesem Bakterium die Wunden zum Leuchten brachte und dass dann das Überleben der Soldaten aufgrund der Produktion von Antibiotika durch P. luminescens gefördert hätte. Dies führte zu dem Spitznamen ' für dieses Phänomen.Memento im Webarchiv vom 14. Oktober 2012. Als eine Anwendung wird diese Fähigkeit von P. luminescens als Quelle für die Biolumineszenz-Bildgebung (en. ) genutzt.
Tcs (, de. Toxische Komplexe) Mcf (, de. etwa „macht Raupen schlaff“), kodiert durch das Gen mcf Pir () PVCs ()
Im Detail:
Wenn der Fadenwurm ein Insekt parasitiert, werden die P. luminescens-Bakterien in den Blutkreislauf des Insekts freigesetzt und töten diesen Insektenwirt rasch (innerhalb von 48 Stunden) durch die Produktion von Toxinen wie dem hochmolekularen insektiziden Proteinkomplex Tca (). P. luminescens produziert zudem ein proteinhaltiges Toxin durch die Expression eines einzigen Gens namens ' (mcf).Epub 22. Juli 2002. Mcf löst die Apoptose in den Hämozyten und im Mitteldarmepithel der Insekten aus. Die Mfc-Toxine haben gezeigt, dass sie auch die Apoptose von Säugetierzellen auslösen können. Außerdem sondert das Bakterium Enzyme (Pir) ab , die das Gewebe des infizierten Insekts abbauen und in Nährstoffe umwandeln, die sowohl vom Fadenwurm als auch vom Bakterium genutzt werden können. Auf diese Weise erhalten beide Organismen genügend Nährstoffe, um sich mehrmals zu vermehren. Die Bakterien dringen wieder in die Nachkommen des Fadenwurms ein, wenn diese sich entwickeln. Es gibt zudem Gene, die in die Entwicklung des Insektenwirts eingreifen. Eine Deletion des Gens hfq führt zum Verlust der Produktion von Sekundärmetaboliten.
Ein weiteres von P. luminescens produziertes Toxin ist 3,5-Dihydroxy-4-isopropyl-trans-Stilben (ST). Experimente mit infizierten Larven der Großen Wachsmotte (Galleria mellonella) stützen die Annahme, dass diese Verbindung antibiotische Eigenschaften hat. Diese scheinen dazu beizutragen die Konkurrenz durch andere Mikroorganismen zu minimieren und die Fäulnis des nematodeninfizierten Insektenkadavers zu verhindern. Eine wichtige identifizierte Sequenz ist das Gen, das für bestimmte Polyketide und Synthasen nichtribosomaler Peptide kodiert; diese Produkte bewirken als Antibiotika Schutz gegen mikrobielle Konkurrenten. Das Genom enthält zudem ein MACPF-Protein, das jedoch nicht lytisch zu sein scheint.Epub 23. August 2007. Es enthält auch das Gen gcvB-RNA, das in eine kleine nicht-kodierende RNA transkribiert (übersetzt) wird, die an der Regulierung einer Reihe von Aminosäure-Transportsystemen sowie von Aminosäure-Biosynthese-Genen beteiligt ist.
P. luminescens ist biolumineszent; der Grund dafür ist jedoch noch nicht ganz geklärt. Es wurde berichtet, dass eine Infektion der Wunden von Soldaten im Amerikanischen Bürgerkrieg mit diesem Bakterium die Wunden zum Leuchten brachte und dass dann das Überleben der Soldaten aufgrund der Produktion von Antibiotika durch P. luminescens gefördert hätte. Dies führte zu dem Spitznamen ' für dieses Phänomen.Memento im Webarchiv vom 14. Oktober 2012. Als eine Anwendung wird diese Fähigkeit von P. luminescens als Quelle für die Biolumineszenz-Bildgebung (en. ) genutzt.
Name
- Homonyms
- Photorhabdus