microbiologia geral - archaea
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17/12/2013
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~1977 – rRNA 16S
Ancestral comum –
origem da vida
Nanoarchaeota
Características gerais
• Archaea = “arcaico”
• Grande diversidade morfológica e metabólica
• Tamanho - geralmente muito pequenas - Microscopia eletrônica – < 1µm
• Conseguem habitar ambientes extremos
• Metabolismo quimiorganotrófico e quimiolitotrófico – parecido com bactérias e
eucariotos
• Metabolismo autotrófico – disseminado e variado
Principais diferenças entre Bacteria e Archaea
• Parede – sem peptideoglicano e mureína - ligação eter dos lipídeos
• Insensível à estreptomicina e cloranfenicol
• Histonas associadas ao DNA
• Contém complexidade de RNA polimerase
• Genes envolvidos com a replicação, transcrição e tradução – mais próximos
de eucariotos
Principais diferenças entre Eukarya e Archaea
• Célula procariótica
• Cromossomo circular
• Ausência de organelas envoltas por membranas
• Genes de conservação de energia e metabolismo – mais parecidos com os
de bactérias
Filogenia – rRNA 16S
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Extremófilos
Temperatura
pH
Pressão
Salinidade
http://www.youtube.com/watch?v=rz-cqKbHh04&feature=player_embedded
Extremophiles in hot water (V2)
http://www.youtube.com/watch?v=VU-A6Sx7k-U&feature=related
Extremophiles hunter (V3)
http://www.youtube.com/watch?v=uqSIEOfhI8U&feature=related
Expedição ambientes extremos (V1)
Euryarchaeota
• Halofílicos extremos
• Aeróbios obrigatórios
• Requerimento mínimo: 9%
• Crescimento ótimo: 12% a 23%
• Tolerância máxima: 32% - limite de saturação do NaCl
• Metanogênicos
• Anaeróbios estritos
• Produção de metano (CH4)
• Hipertermófilos
• Grupo de marinhos e terrestres não cultivados – evolução rápida
• Biotecnologia
• Homeostase
• Processos industriais
• Biogás •Coloração – carotenóides – UV / produção de ATP
• Gram-negativas
• Não formam estruturas de resistência
• Maioria é imóvel
• Maioria é aeróbia obrigatória
• Algumas – síntese de ATP mediada pela luz (sem fotossíntese)
• Bacteriorodopsina é produzida e inserida na membrana em anaerobiose
• É produzida uma força próton-motiva
Halofílicos
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Haloferax volcanii - mar morto – fácil cultivo - halofílico modelo – sequenciado
Halobacterium • Presença de grandes plasmídios
• Homeostase mantida pelo bombeamento de
grandes quantidades de K para o interior da célula,
equilibrando-se com o Na do ambiente
• Proteínas ácidas – requerendo K
• Menores quantidades de aminoácidos hidrofóbicos,
evitando perda de atividade por agregação
• Ribossomos são estabilizados com K
Ion
Na
K
Mg
Cl
Natronobacterium • Halofílico e alcalifílico
• pH de 9 a 11
Natronomonas
Haloquadratum
• 0,15 µm
• Células quadradas
• Vesículas gasosas – flutuação
• Móveis
Metanogênicos • Sedimentos anóxicos, trato digestivo de animais, fendas hidrotermais, tratamento de
esgoto, endossimbiontes de protozoários.
• Grande diversidade morfológica
• Grande diversidade de composição de parede celular
• Maioria – mesofílicos e não-halofílicos
• Produção de CH4 a partir de 11 substratos
• Formação de força próton motiva para a produção de ATP
Methanosarcina Methanobacterium
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Methanococcus jannaschii
• Primeiro extremófilo sequenciado
• Metanogênico modelo
• Fontes hidrotermais a 2.600m – hiperbarófilo (a
partir de 200 atm).
• Hipertermófilo - Crescimento: 48°C a 94°C – ótimo:
85°C
Hipertermófilos Thermoplasmatales
• Não possuem parede celular (Thermoplasma e Ferroplasma)
• Termofílicos extremos
• Dentre os micro-organismos mais acidofílicos
Thermoplasma
• Thermoplasma
•Quimiorganotrófico
• Crescimento ótimo: 55°C e pH 2 (0,5 a 4)
• Aeróbias facultativas
• Utilizam o S elementar como aceptor final de
elétrons
• Espécies isoladas de pilhas de refugo de carvão
autoaquecidas
• Membrana diferenciada – lipoglicano tetraéter –
monocamada – lipídio contendo manose + glicose
+ glicoproteínas
• Possui histonas semalhantes às de bactérias
(maioria das hitonas de archaeas são homólogas às
de eucariotos)
• Possui um dos menores genomas conhecidos –
1,5Mpb
Ferroplasma
• Acidófilo não termófilo
• 0,4 a 0,9 µm
• Quimiorganotrófico
• Oxida Ferro na respiração, produzindo ácido
• Crescimento ótimo a 35°C
• Pilhas de rejeitos de mineração, utilizando pirita
(FeS)
• Importante no ciclo do S
FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ +2SO42- + 16H+
Picrophilus
• Cresce em pH abaixo de zero!!
• Crescimento ótimo: pH 0,7
• 1 a 1,5 µm
• Termofílico moderado: crescimento ótimo a 60°C (45°C a 65°C)
• Possui parede celular
• Heterotrófico
• Organização diferenciada da membrana – extremamente ácida e impermeável
• em pH menos ácidos (~4), a membrana torna-se porosa e se desfaz
• Genoma pequeno (1,5 Mpb); alta densidade genética (92%)
Thermococcales
• Hipertermófilos
• Thermococcus
•
• Hipertermofílico de águas termais anóxicas
• Móveis, com tufo de flagelos polares
• Quimiorganotrófico anaeróbio obrigatório
• Enxofre elementar como aceptor final de elétrons
• Crescimento de 55°C a 95°C
• Gênero com o maior número de isolados caracterizados
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• Pyrococcus
• Morfologia e metabolismo similares a Thermococcus
• Crescimento ideal 100°C (70°C a 106°C)
• 0,8 a 2 µm
Methanopyrus
• Metanogênico e hipertermófilo
• Isolado de fendas de fontes hidrotermais
• Crescimento ótimo a 100°C (cresce até 122°C)
• Produz metano a partir de H2 + CO2
• Possui composto glicolítico (2,3-difosfoglicerato) no citoplasma – termoestabilidade
• Uma das formas mais primitivas de vida
Archaeoglobales
• Archaeoglobus
•Único hipertermofílico redutor de sulfato
• Isolado de fendas hidrotermais
• Crescimento ótimo a 83°C
• Produz biofilmes – corrozão em dutos de petróleo/óleo
• Ferroglobus
• Quimiolitotrófico, oxidante de Fe e redutor de nitrato
• Anaeróbio
Archaeoglobus
Ferroglobus
Nanoarchaeum equitans
Nanoarchaeota – apenas DNA – Euryarchaeota???
Nanoarchaeum equitans
• Termófilos – 70°C a 98°C
•Crescimento ótimo a 90°C
• Isolados de fendas hidrotermais
• Um dos menores organismos celulares conhecidos, com um dos menores genomas
(~0,5 Mpb)
• Alta densidade genética (95%)
• Volume correspondente a 1% de E. coli
• Simbionte obrigatório de Ignicoccus (Crenarchaeota) – cerca de dez células
• Parasita??
• Provavelmente Euryarchaeota de vida livre – associação – perda de genes – mutação
Crenarchaeota
• Termofílicos e hipertermofílicos – > 80°C
• Maioria quimiorganotrófico ou quimiolitotróficos
• Maioria anaeróbio
• Formação de força próton-motiva a partir da respiração anaeróbia
• Mesófilos – ambientes aquáticos e terrestres – não cultivados
• Ambientes neutros a levemente ácidos
• Psicrofílicos
• Termófílicos – evolução lenta; Mesófilos – evolução rápida
• Maioria metaboliza enxofre
• Isolados de solos aquecidos e ricos em enxofre e fendas hidrotermais
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Sulfolobus
Vulcânicos
Sulfolobales
• Sulfolobus
• Fontes termais ácidas (1-5), até 90°C e ricas em enxofre
• Quimiolitotrófico ou quimiorganotrófico aeróbio
• Oxida H2S e produz H2SO4, fixando CO2
• Mineração – lixiviação em altas temperaturas
• Acidianus
• Aeróbio facultativo
Acidianus
Thermoproteales
• Thermoproteus e Thermofilum
• Anaeróbios estritos
• Bacilares ou filamentos
• Extremamente sensíveis a oxigênio (como os metanogênicos)
• Quimiolitotrofico (H2) ou quimiorganotrófico
•Pyrobaculum
• Alguns são aeróbios
• Bacilar
• Fendas hidrotermais
• Crescimento ótimo a 100°C
Thermoproteus
Pyrobaculum Thermofilum
Pyrodictium
Vulcânicos submarinos
• Pyrodictium
• Temp ótima: 105°C
• Anaeróbio estrito e quimiolitotrófico
• Meio de cultura: fibras de adesão às células e cristais de enxofre
• Poros de rochas de fontes hidrotermais
• Pyrolobus
• Temp ótima: 106°C (até 113°C) – sobrevive à autoclave por uma hora
• Autotrófico – fixa CO2 – produção primária
Pyrolobus
• Desulfurococcus
• Crescimento ótimo: 85°C
• Anaeróbio estrito
• Ignicoccus
• Crescimento ótimo: 90°C
• Apresenta uma membrana externa
• Formação de um espesso periplasma
• Vesículas excretoras no periplasma
• Staphylothermus
• Quimiorganotrófico
• Crescimento ótimo: 92°C
• Fermentativo – proteínas
Desulfurococcus
Ignicoccus
Staphylothermus
Não termofílicos (Crenarchaeota e Euryarchaeota)
• Detectado DNA de Archaea em ambientes diversos
• Planctônicos / associados a partículas
• Importantes no ciclo do C
Korarchaeota – apenas DNA
• Fontes hidrotermais terrestres
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