Domínio Archaea. Antigo DOMÍNIO ARCHAEA 5/2/2014

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1 UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA DISCIPLINA: MICROBIOLOGIA GERAL PROFESSORA: Adriana Silva Lima Domínio Archaea DOMÍNIO ARCHAEA Antigo No Final da década de 70 foi descoberto um tipo distinto de célula procariótica. Esse grupo era tão diferente do que era conhecido até o momento Parede celular não possuía PEPTIDEOGLICANA, comum a maioria das bactérias Possuíam muitas sequências de rrna em comum, e que eram diferentes daquelas encontradas no Domínio Bacteria ou dos organismos eucarióticos Evidências baseadas no Ácido Ribonucléico ribossômico ou rrna, que é essencial para a síntese protéica, e portanto para a sobrevivência da célula Nos ribossomos de todos os organismos vivos, o rrna é composto de muitas unidades pequenas denominadas ribonucleotídeos. Kimura (1983) Relógios evolucionários Subunidades Ribossomos Estabelecimento de relações filogenéticas 5S 23 S bases 5 S bases Carl Woese Catalogação e seqüenciamento de ácidos Procariotos 23S 50S 16S 70S 16 S bases ribonucléicos (RNA) 30S (relógio evolucionário). 5S Revolução na taxonomia de Procariotos. Eucariotos (mamíferos) 5.8S 28S 60S 28 S:5.8 S bases bases 5 S bases 18S 80S 18 S bases 40S 1

2 Os RNAs ribossomais são considerados cronômetros moleculares, sendo o gene 16S um dos mais utilizados para detectar as relações entre bactérias (Woese, 1991). Figura Estrutura secundária do 16S rrna de E.coli. Nucleotídeos estão subdivididos em cinco grupos. As regiões mais variáveis estão em vermelho, as mais conservadas em azul. Regiões absolutamente conservadas Fonte: Van de Peer et al., (1996). estão em preto. Os três Domínios Archaea Distante em termos evolutivos de Bacteria. Capacidade de habitar ambientes em condições extrema de temperatura, salinidade e pressão. VISÃO GERAL DA FILOGENIA A árvore filogenética tem 3 filos: Euryarchaeota Crenarchaeota Korarchaeota Árvore filogenética baseada na comparação de sequencias de rrna 16S 2

3 FILO EURYARCHAEOTA É um grupo fisiologicamente diverso, sendo composto pelos grupos: as archaea metanogênicas, que são anaeróbias, (Methanococcus, Methanobacterium e Methanosarcina), encontradas em ambientes de condições extremas, as halofílicas extremas, que são aeróbias (Halobacterium, Halococcus). Thermoplasma, composto por bactérias acidófilas, termofílicas, que não apresentam parede celular. ARCHAEAS PRODUTORAS DE METANO: METANOGÊNICAS As metanogênicas compreendem os organismos mais anaeróbios conhecidos, O oxigênio mesmo em concentrações baixíssimas, exerce um efeito extremamente letal sobre estes organismos. Dentre as metanogênicas, encontra-se o gênero Methanopyrus, que cresce em temperaturas de até 110 C. Capazes de produzir metano (CH 4 ) Habitats de metanogênicos: Sedimentos de pântanos Trato digestivo de animais rúmen de animais ruminantes Intestino grosso de animais monogastricos Porção final do intestino de insetos celulolíticos (cupins) Fontes geotermais, fendas hidrotermais Usinas de biodegradação artificial: digestores de lodo de esgotos 3

4 Tabela. Características de Archaea metanogênicas Gênero Morfologia Número de espécies Substratos para a metanogêneses Ordem: Methanobacteriales Methanobacterium Bacilos longos 8 H 2 + CO 2, formato Methanobrevibacter Bacilos curtos 7 H 2 + CO 2, formato Methanosphaera Cocos 2 Metanol + H 2 (ambos necessários) Methanothermus Bacilos 2 H 2 +CO 2; também capaz de reduzir S0; hipertermófilo Methanothermobacter Bacilos 6 H 2 +CO 2 formato, termófilos Ordem: Methanococcales Methanococcus Cocos irregulares 3 H 2 +CO 2, piruvato + CO 2, formato Methanothermococcus Cocos 1 H 2 +CO 2 formato Methanocaldococcus Cocos 4 H 2 +CO 2 (a) (b) (c) (d) Figura: Eletromicrografias de varredura de células de Archaea metanogênicas revelando a grande diversidade morfológica. (a) Methanobrevibacter ruminantium. Uma célula tem diâmetro de 0,7 µm. (b) Methanobrevibacter arboriphilus. Uma célula tem diâmetro de 1µm (c) Methanosspirillum hungatii. Uma célula tem diâmetro de 0,4µm (d) Methanosarcina barkeri Uma célula tem diâmetro de 1,7 µm Methanotorris Cocos 1 H 2 +CO 2 Ordem: Methanimicrobiales Methanomicrobium Bacilos curtos 1 H 2 +CO 2 formato Methanogenium Cocos irregulares 4 H 2 +CO 2 formato Methanospirillum Espirilos 1 H 2 +CO 2 formato Methanoplanus Células discóides 3 H 2 +CO 2 formato Achatadas como discos finos com bordas agudas Methanocorpusculum Cocos irregulares 4 H 2 +CO 2 formato, alcoóis Methanocullens Cocos irregulares 6 H 2 +CO 2 formato, alcoóis Methanofollis Cocos irregulares 2 H 2 +CO 2 formato, Methalacinia Bacillus irregulares 1 H 2 +CO 2 alcoóis Ordem: Methanosarcinales Methanosarcina Grandes cocos irregulares em 5 H 2 +CO 2 metanol, metilaminas, acetato pacotes Methanolobus Cocos irregulares agregados 5 Metanol, metilaminas Mathahalobium Cocos irregulares 1 Metanol, metilaminas, halófico Methanococcoides Cocos irregulares 2 Metanol, metilaminas, Methahalophilus Cocos irregulares 3 Metanol, metilaminas, metil, sulfetos; halófilo Methanosaeta De bacilos longos a finamentos 2 Acetato Methanosalsum Cocos irregulares 1 Metanol, metilaminas, dimetilsulfeto Ordem: Methanopyrales Methanopyrus Bacilos em cadeias 1 H 2 +CO 2, hipertermófilo, crescimento a 110ºC Estruturalmente os organismos metanogênicos correspondem a células procarióticas que exibem uma diversidade química de paredes celulares. Paredes com pseudopeptideoglicano Paredes de metanocondroitina Paredes de proteína e glicoproteína Paredes do tipo camada S ARCHAEA HALOFÍLICAS EXTREMAS: Habitam ambientes altamente salinos EX: Tanques de produção de sal, lagos salinos naturais ou habitats salinos artificiais, como a superfície de alimentos salgados (peixes e carnes) Ambientes HIPERSALINOS São anaeróbios obrigatórios Lago Grest Salt, Utah Vista aérea de uma região próxima a Baía de são Francisco, Califórnia 4

5 ARCHAEA HALOFÍLICAS EXTREMAS: Tabela. Gêneros de Archaea halofílicas extremas Lago Hamara, Egito, apresentando crescimento de organismos GÊNERO MORFOLOGIA NÚMERO DE ESPÉCIES HÁBITAT Halófilos extremos Halobacterim Bacilos 1 Peixes salgados; peles(couros); lados hipersalinos; salinas Halorubrum Bacilos 7 Mar morto; salinas Halobaculum Bacilos 1 Mar morto Haloferax Discos achatados 4 Mar morto; salinas Haloarcula Discos irregulares 7 Piscinas de sal; Vale da Morte, CA; salinas marinhas Halococcus Cocos 3 Peixes salgados; salinas Halogeometricum Bacilos 1 Salinas solares Haloterrigena Bacilos ovais 1 Solos salinos Haloalcalifílicos Natronobacterium Bacilos 1 Lagos ricos em carbonatos, altamente salinos. Natrinema Bacilos 2 Peixes salgados, peles (couros) Natrialba Bacilos 2 Lagos ricos em carbonatos, areia da praia Natronomonas Bacilos 1 Lagos ricos em carbonatos Natronococcus Cocos 2 Lagos ricos em carbonatos Natronorubrum Células achatadas 2 Lagos ricos em carbonatos ARCHAEA HALOFÍLICAS EXTREMAS (CONT.): Geralmente coram-se como Gram negativas, não apresentam esporos e, em sua maioria, são imóveis, geralmente apresentando grandes plasmídeos, contendo cerca de 25 a 30% do DNA da célula. THERMOPLASMATALES Neste filo há ainda o gênero Thermoplasma, composto por bactérias acidófilas, termofílicas, que não apresentam parede celular. Thermoplasma sp Ferroplasma sp Picrophilus sp THERMOPLASMATALES O gênero Thermoplasma cresce bem em temperaturas de 55 C e ph 2, em meios complexos. Estes organismos apresentam a membrana citoplasmática bastante diferente, contendo compostos semelhantes a lipopolissacarídeos, contendo ligações tetraéter. Um outro gênero, Picrophilus, que cresce em phs de 0,06 a 0,7. 5

6 FILO CRENARCHAEOTA Pilha de refugo da mineração de carvão, que muitas vezes sofre autocombustão. Hábitat da archaea Thermoplasma. Separa-se muito próximo da raiz da árvore universal, sendo composto por organismos hipertermófilos (Thermoproteus, Pyrolobus e Pyrodictium), Compreendendo os organismos capazes de crescer nas maiores temperaturas conhecidas. Estes hipertermófilos são, em sua maioria, quimiolitotróficos autotróficos, sendo então classificados como produtores primários. Neste grupo há também organismos isolados (mas ainda não cultivados em laboratório) de ambientes frios, tais como águas oceânicas. Colunas de vapor rico em sulfeto de hidrogênio emergem da superfície terrestre Lagoa quente, rica em enxofre, que é convertido a ácido sulfúrico, por espécies de archaea. FILO KORARCHAEOTA Considerado um grupo de hipertermófilos. Até o momento, poucos espécimes de Korarchaeota foram cultivados em laboratório. Típica fonte efervecente de ph Neutro; Geiser Imperial Pesquisas realizadas em uma fenda termal localizada no fundo do mar da Islândia, em 2002, levaram à identificação de uma nova espécie de archaea apresentando características bastante distintas, quando comparada aos demais membros desse domínio. 6

7 HALÓFILAS : vivem em concentrações salinas extremas, dezenas de vezes mais salgadas que a água do mar, em locais como salinas, lagos de sal ou soda, etc. A sua temperatura ótima é entre 35 e 50ºC. METANOGÊNICAS : Vivem em pântanos, no fundo dos oceanos, estações de tratamento de esgotos e no tubo digestivo de algumas espécies de insetos e vertebrados herbívoros, HIPERTERMÓFILAS Metabolizam o enxofre Vivem em meios ácidos e extremamente quentes Encontrados no fundo do mar em locais de fumaça negra onde produzem metano (CH 4 ) como resultado da degradação da celulose. Morfologia: Suas dimensões são extremamente variáveis, de 0,1 a Podem ser esféricas, bacilares, espiraladas, achatadas, quadradas, discóides e muitas vezes de morfologia irregular ou pleomórficas. 15 µm, com alguns filamentosos atingindo 200 µm. As archaea apresentam várias características especiais, que permitem seu desenvolvimento em uma vasta gama de ambientes. 7