Archaea: ancestrais das bactérias?

Prof. Fabricio Rochedo Conceição fabricio.rochedo@ufpel.edu.br

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!