Nitrosomonas

• Domäne: Bacteria
  • Phylum: Proteobacteria
    • Klasse: Betaproteobacteria
      • Ordnung: Nitrosomonadales
        • Familie: Nitrosomonadaceae
          • Gattung: Nitrosomonas

Innerhalb der Gattung werden phylogenetische Gruppen bzw. Cluster unterschieden. Sie unterscheiden sich unter anderem in ihrer Anpassung an Ammoniumkonzentrationen, Nitrittoleranz und Habitatpräferenz.

Nitrosomonas-Zellen sind kurze, gramnegative Stäbchen mit meist leicht ellipsoider Form und einer Größe von etwa 0,8–2 µm. Viele Arten besitzen polare Geißeln. Charakteristisch sind intrazytoplasmatische Membransysteme, welche die Enzyme der Ammoniakoxidation beherbergen. Unter geeigneten Bedingungen bilden die Bakterien Biofilme oder schleimige Aggregate.

Die Gattung ist obligat chemolithoautotroph und gewinnt Energie durch die Oxidation von Ammoniak (NH₃) zu Nitrit (NO₂⁻) im ersten Schritt der Nitrifikation. Aufgrund der geringen Energieausbeute wachsen die Organismen langsam (Generationszeit meist > 20 h).

Die CO₂-Fixierung erfolgt über den Calvin-Benson-Bassham-Zyklus.

Weitere Stoffwechselfähigkeiten sind:

• Urease-Aktivität (insbesondere Cluster 6a)
• Oxidation kurzkettiger Alkane (z.B. bei Nitrosomonas europaea)
• Bildung von Distickstoffmonoxid (N₂O) unter Sauerstofflimitierung als Nebenprodukt des Stickstoffstoffwechsels.

Die Genome von Nitrosomonas-Arten umfassen typischerweise etwa 2,5 bis 3,0 Mbp. Das Genom von Nitrosomonas europaea, einem häufig verwendeten Modellorganismus für Ammoniak-oxidierende Bakterien, ist vollständig sequenziert und umfasst etwa 2,8 Mbp.

Nitrosomonas gilt nicht als humanpathogene Gattung. Eine indirekte medizinische Relevanz kann sich aus ihrem Vorkommen in technischen Biofilmen und Trinkwassersystemen ergeben, da nitrifizierende Biofilme die Wasserchemie beeinflussen können.

Technisch sind Nitrosomonas-Arten vor allem in folgenden Bereichen relevant:

• biologische Abwasserreinigung durch Nitrifikation
• Biofilter zur Entfernung von Ammoniak
• Landwirtschaft, insbesondere durch Einfluss auf Stickstoffverfügbarkeit und Düngereffizienz
• mögliche Beteiligung an der biogenen Schädigung mineralischer Baustoffe durch nitrifizierende Biofilme

Wichtige Arten der Gattung sind:

• Nitrosomonas europaea: Modellorganismus mit sequenziertem Genom; relativ hohe Ammoniumtoleranz
• Nitrosomonas eutropha: an nährstoff- und ammoniumreiche Habitate angepasst, unter anderem in Abwasseranlagen
• Nitrosomonas oligotropha: an niedrige Ammoniumkonzentrationen angepasst, unter anderem in Trinkwasser-Biofilmen

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• Koops HP et al. (1991). Classification of eight new species of ammonia‑oxidizing bacteria. J Gen Microbiol 137:1689–1699.
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