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Archaea: ancestrais das bactérias?
Prof. Fabricio Rochedo Conceição [email protected]
21 de maio de 2013
Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia Microbiana II
Grupo heterogêneo de micro-organismos procarióticos
que podem ser caracterizados, em sua maioria, como habitantes
de ambientes inóspitos, geralmente crescendo em condições
consideradas até então como extremas e limítrofes para a vida.
DEFINIÇÃO
Lago hipersalino no Egito, rico em
carbonato de sódio. O pH destas águas
encontra-se na faixa de 10, sendo
habitado por archaea halófilas extremas,
tais como Halobacterium salinarum
Pilha de refugo da
mineração de carvão, que
muitas vezes sofre auto-
combustão. Hábitat da
archaea Thermoplasma
Antartida
Literatura Científica
Por volta da década de 70, vários organismos procarióticos
foram isolados a partir de uma série de ambientes considerados
inóspitos, quase que incompatíveis com a presença de seres vivos.
Temperaturas elevadas (próximas a 100ºC)
Extrema acidez ou alcalinidade (pH 2 e 10)
Altas salinidades (até 32%, 5,5 M NaCl)
*** Salinidade média de oceanos é cerca de 3,5%.
Geralmente ausência completa de oxigênio (anaerobiose)
HISTÓRICO
Estes ambientes inóspitos correspondem às possíveis condições
encontradas na Terra primitiva
Células primitivas, "fósseis vivos", representando as formas de
vida ancestrais das bactérias modernas
Por isso estes micro-organismos foram denominados
"arqueobactérias"
ETIMOLOGIA
?
Carl Woese e colaboradores (1977) realizaram estudos comparativos de
sequências de rDNA 16S e 23S de diferentes organismos
FILOGENIA
AO ANALISAR ESTA ÁRVORE FILOGENÉTICA,
AS ARQUEOBACTÉRIAS ...
NÃO correspondem aos ancestrais das bactérias atuais, visto
que sua possível origem ocorre quase que concomitantemente à
origem das bactérias mais primitivas.
OCUPAM uma posição intermediária entre Bacteria e Eucarya,
sugerindo que são organismos diferentes de bactérias e de
células eucarióticas.
DE FATO, estudos genéticos e fisiológicos posteriores
revelaram que tais organismos apresentam características de
bactérias, de eucariotos, além de características exclusivas, não
encontradas em qualquer outro domínio. Por esta razão, deixaram
de ser denominadas "arqueobactérias", recebendo a denominação
Archaea.
Enfim, as arqueas assemelham-se
ao domínio Bacteria na sua organização
estrutural e metabolismo, enquanto que o
seu sistema de informação genética é mais
parecido com o domínio Eukarya.
DOMÍNIO ARCHAEA
Ambientes inóspitos;
Ambientes aquáticos frios (podem corresponder a 34% da biomassa procariótica das águas costeiras superficiais da Antártida);
Sistema digestório do homem e outros animais;
Pântanos;
Aterros sanitários;
Tecidos vegetais; Podem ser encontradas nos mais diversos ecossistemas. Não seria absurdo cogitar que no futuro sejam descobertas arqueas patogênicas para o homem e outros seres vivos.
HABITATS
CLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICA
Três filos: Crenarchaeota, Euryarchaeota e Korarchaeota
CLASSIFICAÇÃO PRÁTICA
ARCHAEA
ESTRUTURA CELULAR
Podem ser esféricas, bacilares, espiraladas, achatadas,
quadradas, discóides e muitas vezes de morfologia irregular ou
pleomórficas
Suas dimensões são extremamente variáveis, de 0,1 a 15 µm,
com alguns filamentosos atingindo 200 µm
Características especiais, que permitem seu desenvolvimento
em uma vasta gama de ambientes
Parede celular
- composição e estrutura variáveis
- ausência de peptoglicano
- lisozima e penicilina não atuam
Membrana Citoplasmática: composição química e arranjo
totalmente diferentes das membranas citoplasmáticas de quase
todas as eubactérias e eucariotos.
Membrana Bacteria Archaea Eukarya
Conteúdo
protéico alto alto baixo
Composição
lipídica fosfolipídeos
sulfolipídeos,
glicolipídeos,
hidrocarbonetos
ramificados,
isoprenoides,
fosfolipídeos
fosfolipídeos
Estrutura dos
lipídeos cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear
Ligação dos
lipídeos
éster
CH2-OCOR
éter (di e tetraeter)
CH2-OR éster
Ligação éter
Isoprenos ramificados
Anéis de ciclopentano
Aumenta estabilidade
(resistência à hidrólise e
elevadas temperaturas)
Enzimas termofílicas e termoestáveis
- Substituição de aa associados a conformação flexível (glicina,
serina e alanina) por aa associados com rigidez (treonina, valina e
prolina)
- Substituição de aa com grupamentos quimicamente ativos
(cisteína, metionina e asparagina)
- Maior taxa de arginina:lisina, que promove interações polares
fortes
- Imobilização dentro de uma matriz insolúvel
Cromossomo: único e circular como no domínio Bacteria. Por
outro lado, sua organização é semelhante aos eucariotos, uma vez
que o DNA está associado à histonas. Superenrolamento positivo,
enquanto em eucariotos é negativo
Presença de íntrons em genes de RNA de hipertermófilos e halófilos
Hipertermófilas com conteúdo G + C mais elevado
ARCHAEA
METABOLISMO
Quimioheterotróficas
Quimioautotróficas
Fermentação é rara. Ex: Hyperthermus butylicus
As arqueas metanogênicas apresentam vias bioquímicas
raras, que através de sistemas enzimáticos únicos, produzem o
gás metano (CH4)
Via glicolítica ausente nas arqueas
A glicose é catabolisada por uma via oxidativa simples
O ciclo de Krebs é reduzido
Estratégias de adaptação das arqueas aos
ambientes extremos
ARCHAEA E BIOTECNOLOGIA
Produção de energia (biogás e álcool)
Produção de ácidos orgânicos, antibióticos, aa Tratamento de efluentes
PCR
Enzimas “extremófilas”, biocatálise industrial
Polímeros biodegradáveis (PHB)
Mineração (cobre, ouro, urânio)
Plantas transgênicas (genes de halófilas) ...
Obrigado!