Archaea: ancestrais das bactérias?

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1 21 de maio de 2013 Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia Microbiana II Archaea: ancestrais das bactérias? Prof. Fabricio Rochedo Conceição

2 DEFINIÇÃO 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. 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 autocombustão. Hábitat da archaea Thermoplasma Antartida

3 Literatura Científica

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5 HISTÓRICO 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)

6 ETIMOLOGIA 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"

7 Carl Woese e colaboradores (1977) realizaram estudos comparativos de sequências de rdna 16S e 23S de diferentes organismos FILOGENIA

8 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.

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10 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.

11 DOMÍNIO ARCHAEA HABITATS 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.

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13 CLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICA Três filos: Crenarchaeota, Euryarchaeota e Korarchaeota

14 CLASSIFICAÇÃO PRÁTICA

15 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

16 Parede celular - composição e estrutura variáveis - ausência de peptoglicano - lisozima e penicilina não atuam

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18 Membrana Citoplasmática: composição química e arranjo totalmente diferentes das membranas citoplasmáticas de quase todas as eubactérias e eucariotos. Membrana Bacteria Archaea Eukarya Conteúdo protéico Composição lipídica Estrutura dos lipídeos Ligação dos lipídeos alto alto baixo fosfolipídeos sulfolipídeos, glicolipídeos, hidrocarbonetos ramificados, isoprenoides, fosfolipídeos fosfolipídeos cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear éster CH 2 -OCOR éter (di e tetraeter) CH 2 -OR éster

19 Ligação éter Isoprenos ramificados Anéis de ciclopentano Aumenta estabilidade (resistência à hidrólise e elevadas temperaturas)

20 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

21 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

22 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 (CH 4 )

23 Via glicolítica ausente nas arqueas A glicose é catabolisada por uma via oxidativa simples O ciclo de Krebs é reduzido

24 Estratégias de adaptação das arqueas aos ambientes extremos

25 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)...

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30 Obrigado!