Principais grupos de microrganismos procariotos Methanocaldococcus jannaschii Nocardia Nelma R. S. Bossolan 10/11/2017 Rickettisiella popilliae Anabaena
Árvore filogenética universal determinada pela análise comparativa do gene de rrna.
Abordagem polifásica Taxonomia microbiana ~ 10.000 espécies de Bacteria e Archaea conhecidas Caracteriza, nomeia e posiciona os microrganismos em grupos, de acordo com suas relações naturais. Estima-se que existam entre 100.000-1.000.000 espécies Análise fenotípica Morfologia, motilidade, metabolismo, fisiologia, química celular. Análise genotípica Aspectos comparativos do genoma. Métodos: hibridização DNA-DNA, ribotipagem. Análise filogenética Posiciona os organismos em um arcabouço de relações evolutivas. Sequenciamento de multigenes.
Domínio Bacteria
Domínio Bacteria Filos principais, com base nas comparações das sequências dos genes de RNAr 16S, e conhecidos a partir de estudos de culturas laboratoriais. Filo Deinococcus- Thermus Filo Spirochaetes Filo Bacteroidetes Filo Deferribacteres Hipertermófilos Filo Chloroflexi Filo Thermotogae Filo Thermodesulfobacteria Filo Chlorobi Filo Planctomycetes Filo Chlamydiae Filo Cyanobacteria Filo Actinobacteria Filo Firmicutes Filo Nitrospirae Filo Aquificae Filo Proteobacteria
Filo Proteobacteria (gram-negativos)
Filo Proteobacteria Proteo deriva de Proteu, deus grego mitológico, e significa assumir muitas formas. Filo com maior diversidade filogenética, com 6 Classes. Classes: -alfa, -beta, -gama, -delta, -épsilon, z-zeta Bactérias gram-negativas, com morfologia e metabolismo diversos (fototróficas, quimiolitotróficas ou quimiorganotróficas). Abrangem a maioria das bactérias de importância médica, industrial e agrícola. Mais de 1/3 das bactérias pertencem a esse Filo.
~1.500 sps ~ 500 sps z ~1.000 sps
Filos Firmicutes, Actinobacteria e Tenericutes (gram-positivos)
Firmicutes, Actinobacteria e Tenericutes 3 Filos compreendem quase metade das sps de bactérias. Árvore filogenética (gene RNAr 16S) das principais ordens de bactérias gram-positivas e bactérias relacionadas (fonte: Madigan et al., 2016).
Tenericutes - Não tem parede, por isso não apresentam reação ao Gram; - Baixo conteúdo G-C. - Células pequenas (0,1 a 0,25 mm), pleomórficas. - Mycoplasma pneumoniae pneumonia branda. Colônias de M. pneumoniae (pequenas < 1mm, ovo frito )
Firmicutes Filo Firmicutes: do latim firmus (forte) e cutis (pele), referindo-se à parede cellular; Gram-positivas; Baixo conteúdo GC; - Formas diversas, muitas formadoras de endóporos. - Solo, água, microbiota normal de animais (pele, trato intestinal). - Aeróbios, anaeróbios, microaerofílicos, ou facultativos. - Gêneros mais conhecidos: Clostridium, Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus, Streptococcus, Lactobacillus.
Actinobacteria Filo Actinobacteria: Gram-positivas; Alto conteúdo GC; Alguns gêneros exibem pleomorfia, podendo apresentar filamentos ramificados (como os de fungos) p.e., actinomicetos do solo.
Actinobacteria Streptomyces: comum no solo. 500 sp descritas produz mais da metade dos antibióticos conhecidos (estreptomicina, cloranfenicol, tetraciclina, gentaminica, eritromicina...). produz geosmina, gás que dá odor característico ao solo. O antibiótico undecilprodigiosina, de cor vermelha, excretado pelas colônias de Streptomyces coelicolor. Streptomyces - MEV
Actinobacteria Mycobacterium: bastonetes aeróbicos não formadores de esporos. Ácido micólico na parede, substituindo os LPS (consistência cerosa e hidrofóbica) confere acidorresistência (coloração de Ziehl-Nielsen). Mycobacterium leprae agente da lepra Nunca foi cultivado em meio artificial. Cultivado em tatus. Agente da lepra ou Mal de Hansen: lesões nodulares e rugosas na face e extremidades. Mycobacterium tuberculosis agente da tuberculose Isoniazida: antibiótico de escolha atua na síntese do ácido micólico. Diagnóstico: teste da tuberculina (TB) avalia hipersensibilidade da pessoa ao antígeno. http://web.scidev.net/uploads/image/tuberculosis_culture.jpg
Domínio Archaea
Domínio Archaea Fonte: Madigan et al., 2016.
Domínio Archaea Filos Euryarchaeota e Crenarchaeota. Hipertermófilos de hábitats vulcânicos marinhos e tb termófilos Hipertermófilos de hábitats vulcânicos terrestres Árvore filogenética de Archaea baseada na comparação de sequências do gene do rrna 16S.
Archaea - Grande diversidade fenotípica Crenarchaeota Maioria hipertermofílicos. Há espécies não termofílicas. Bons modelos para estudo da vida primitiva na Terra. Termal Terrestre Geisers (fontes ferventes) Solfataras (fontes termais ricas em enxofre) Fonte fervente no Parque Yellowstone Geiser Imperial. Fonte termal rica em enxofre, contendo densas populações de Sulfolobus. Oxidação de H 2 S e S o a H 2 SO 4 leva à acidez alta.
Archaea - Grande diversidade fenotípica Termal Marinho Sedimentos e fendas quentes submarinas. Reservatórios profundos de petróleo. Não termal Águas antárticas. Planctônicos, em oceanos. Fumarolas negras emitindo água rica em sulfeto e minerais, a uma temperatura que chega até 350 o C Coloração filogenética do material de uma chaminé de fumarola negra. Coloração por FISH (verde Bacteria e vermelho Archaea). Crenarchaeota em baixas temperaturas. Península antártica. Fotomicrografia com sonda FISH específica para o grupo (células verdes)
Archaea - Grande diversidade fenotípica Euryarchaeota ambientes extremos halofílicos: maioria aeróbios obrigatórios metanogênicos: anaeróbios obrigatórios Hipertermofílicos (Thermococcus, Pyrococcus). Thermoplasma: ausência de parede Halobacterium halobium Evaporadores na California (EUA): cor vermelho-púrpura é devida aos pigmentos carotenóides de Halobacterium. Thermococcus celer Pyrococcus furiosus Archaea hipertermofílicas de regiões vulcânicas submarinas. Methanocaldococcus jannaschii arquea metanogênica modelo.
Archaea halofílicas extremas 10 espécies reconhecidas. Principais gêneros: Halobacterium, Haloferax, Natronobacterium Halobacterium halobium Evaporadores na California (EUA): cor vermelho-púrpura é devida aos pigmentos carotenóides de Halobacterium. Haloferax isolada de evaporador na Índia.
Archaea halofílicas extremas Habitam locais hipersalinos: tanques de produção de sal, lagos salinos naturais, alimentos salgados. Halófilo extremo: requer pelo menos 1,5M de NaCl (9%), variando 2 a 4M (12 a 23%). água do mar: ~ 2,5% Descritos organismos capazes de crescer em 5,5M NaCl, que equivale a 32% (limite de saturação sal).
Archaea halofílicas extremas Como mantêm o equilíbrio osmótico? Bombeamento de íons inorgânicos do ambiente ao interior da célula. Exemplo: Halobacterium bombeia grandes quantidade de K+ para o interior da célula, superando a concentração externa de Na+ (Síntese ou concentração intracelular de compostos orgânicos solutos compatíveis observado em outras bactérias halofílicas não arqueias)
Archaea hipertermofílicas Temperatura ótima de crescimento superior a 80 C. Encontradas em regiões termais terrestres (solos, águas e lamas ferventes) e termais marinhas (fendas hidrotermais profundas, reservatórios profundos de petróleo). Euriarchaeota Thermococcus Temp. ótima ~ 100 o C Crenarchaeota Sulfolobus Pyrococcus ( bola de fogo) Methanopyrus P. fumarii: temp. ótima ~ 106 o C, ph 4-6,5, 3.650m Pyrolobus Desulforococcus
Archaea hipertermofílicas Mas, as biomoléculas não desnaturam nessas altas temperaturas? Estabilidade do DNA: DNA girase reversa - superenovelamento positivo aumenta estabilidade. Estabilidade da membrana: monocamada lipídica (bifitanil tetraéter). Estabilidade das proteínas: núcleos altamente hidrofóbicos diminui tendência a se desdobrar. Presença de Chaperoninas: atuam no redobramento de proteínas parcialmente desnaturadas.
Archaea hipertermofílicas Termoestabilidade = aplicação industrial!! Extremozimas Pfu DNA polimerase: enzima termoestável (75 o C), usada na reação de polimerização em cadeia (PCR). Pyrococcus furiosus Taq polimerase - Thermus aquaticus (é hipertermófilo mas não é Archaea) Termoestabilidade da enzima pululanase de Pyrococcus woesei um organismo hipertermófilo cuja temperatura ótima de crescimento é de 100 C (Fonte: Madigan et al., 2004).
Archaea metanogênicas - Principais gêneros: Methanobacterium, Methanosarcina, Methanocaldococcus. - Metanogênese CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 Além do CO 2, substratos metil (ex. metanol) e acetotróficos (ex. acetato) podem ser convertidos em metano. Methanocaldococcus jannaschii arquea metanogênica modelo.
Archaea metanogênicas -Habitats de metanogênicos: sedimentos anóxicos (charcos, pântanos, aterros úmidos), fontes geotermais, digestores de lodo de esgoto, rúmen e intestino de mamíferos. - Diversidade química da parede: pseudopeptídeoglicano, metanocondroitina, glicoproteína, camadas S. - Realizam associações com outros microrganismos, pois necessitam de substratos (principalmente H 2 ) para a produção de metano. -
Diversidade procariótica Bacteria e Archaea - Bergey s Manual of Systematic Bacteriology usado como referência para classificação (1ª. Edição na biblioteca do IFSC). (http://www.springer.com) Volume Bergey s 2ª. Ed. (2001-09) 1 Archaea e Bacteria fototróficas 2 Proteobacteria 3 Firmicutes 4 Bacteroidetes, Planctomycetes, Chlamydiae, Spirochaetes, Fibrobacteres, Fusobacteria, Acidobacteria, Verrucomicrobia, Dictyoglomi e Gemmatimonadetes 5 Actinobacteria
Diversidade procariótica Bacteria e Archaea - Bergey's Manual of Determinative Bacteriology 9a. Edição (1994): livro-referência no auxílio à identificação de bactérias e arquibactérias desconhecidas cultiváveis. As bactérias são divididas em 35 grupos, baseados em informações fenotípicas, sem valor taxonômico. The Prokariotes - 4ª. Edição (2013-2014): manual sobre biologia bacteriana: ecofisiologia, isolamento, identificação e aplicações. 10 volumes.
-The Prokariotes - 4ª. Edição (2013-2014)
Diversidade procariótica Bacteria e Archaea Revista oficial para descrição de novos táxons de procariotos.
Questões de Estudo 1. Compare os filos Proteobacteria e Firmicutes. 2. Quais características das biomoléculas são peculiares aos membros do Domínio Archaea que os permitem viver sob condições extremas de temperatura? E com relação à salinidade do meio, como as árqueas halofílicas mantêm o equilíbrio osmótico entre os meios intra- e extra-celular? 3. Quais testes são necessários para a caracterização e posicionamento taxonômico de um novo isolado bacteriano?
Bibliografia Dworkin, M. (ed). The Prokariotes. Vol. 1. 3rd ed. Springer, 2006. Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice-Hall, 12ª ed., 2010. (cap. 15, 16 e 17) http://www.microbelibrary.org (site da Sociedade Americana de Microbiologia que contém fotos e informações confiáveis)