MicrobiologyMicrobiologyМикробиология0026-36563034-5464The Russian Academy of Sciences69874810.7868/S3034546425060031EXPERIMENTAL ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleMethanoculleus bovis sp. nov., a New Methane-Producing Hydrogen-Utilizing Archaea from the Rumen of a CowMETHANOCULLEUS BOVIS SP. NOV., НОВАЯ МЕТАНООБРАЗУЮЩАЯ ВОДОРОДИСПОЛЬЗУЮЩАЯ АРХЕЯ ИЗ РУБЦА КОРОВЫTrubitsynV. E.ТрубицынВ. Э.lichoradkin43@gmail.comRechkinaV. I.РечкинаВ. И.lichoradkin43@gmail.comSuzinaN. E.СузинаН. Е.lichoradkin43@gmail.comPlotnikovA. O.ПлотниковА. О.lichoradkin43@gmail.comValyshevA. V.ВалышевА. В.lichoradkin43@gmail.comKataevV. Ya.КатаевВ. Я.lichoradkin43@gmail.comShcherbakovaV. A.ЩербаковаВ. А.lichoradkin43@gmail.comFederal 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 SciencesФедеральный исследовательский центр “Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук”, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАНOrenburg 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 SciencesОренбургский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук16122025946VOL 94, NO6 (2025)ТОМ 94, №6 (2025)52753916122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://snv63.ru/0026-3656/article/view/698748

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.

Из содержимого рубца коровы (Московская область, Россия) выделена новая метанообразующая архея — штамм 7TT. Морфологически штамм представляет собой неподвижные кокковидные клетки неправильной формы размером 1.3—4.3 мкм и их небольшие агрегаты. В качестве энергетических субстратов для метаногенеза штамм использует исключительно смесь водорода и углекислоты и требует присутствия ацетата в среде культивирования. Клетки растут при температуре 20—53°С (оптимум 45°С), рН 6.5—7.8 (оптимум рН 7.2—7.4) и толерантны к содержанию NaCl до 0.34 М. По данным анализа последовательности гена 16S рРНК новый метаноген принадлежит к роду Methanoculleus, имея с ближайшим к нему видом этого рода M. bourgensis MS2T уровень сходства этого гена 98.16%. Среднее нуклеотидное сходство (ANI) между геномами штаммов 7TT и M. bourgensis MS2T составило 88.24%, а виртуальная оценка гибридизации геномов этих двух штаммов составила 31.40%. Содержание Г + Ц геномной ДНК составляет 61.27% мол. %. На основании данных филогенетического анализа и физиолого-биохимических свойств изолята мы предлагаем отнести выделенный штамм 7TT (= VKM B-3409T = JCM 39547T) к новому виду Methanoculleus bovis sp. nov.

Methanoculleus bovis sp. nov.archaeahydrogen-utilizing methanogensbovine rumenMethanoculleus bovis sp. nov.археиводородиспользующие метаногенырубец KPCThis work was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Agreement No. 075-15-2025-485.Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, Соглашение № 075-15-2025-485.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.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.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.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.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.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.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/gkw1070Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data // Bioinform. 2014. V. 30. P. 2114–2120.Castresana J. Selection of conserved blocks from multiple alignments for their use in phylogenetic analysis // Mol. Biol. Evol. 2000. V. 17. P. 540–552.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/btac672Chen 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.0.000233Cheng 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.0.006477Contreras-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.02411-13Dianou 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/10.1099/00207713-51-5-1663Edgar R.C. MUSCLE: A multiple sequence alignment method with reduced time and space complexity // BMC Bioinform. 2004. V. 5. P. 1–19.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/srep14567Lai 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.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.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/10.1099/00207713-40-2-117Marmur J. A procedure for the isolation of deoxyribonucleic acid from microorganisms // J. Mol. Biol. 1961. V. 3. P. 208–218.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.2014.11.020Mikucki 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.69.6.3311-3316.2003Ollivier 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/10.1099/00207713-36-2-297Parks 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.186072.114Prakash 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.0.005500Price 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.0009490Rivard 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.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.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.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.0.053520-0Tamura K., Stecher G., Kumar S. MEGA11: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 11 // Mol. Biol. Evol. 2021. V. 38. P. 3022–3027.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.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.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.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/10.1177/1178636120945300Weng 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.0.000062Wolin F.A., Wolin M.J., Wolfe R.S. Formation of methane by bacterial extracts // J. Biol. Chem. 1963. V. 238. P. 2882–2886.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