Microbiologia Geral - Archaea
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O documento descreve as principais características e diferenças entre Archaea, Bacteria e Eukarya. Detalha os diferentes tipos de Archaea extremófilas, incluindo halófilas, termófilas, acidófilas e hipertermófilas, assim como seus habitats e metabolismo.
Microbiologia Geral - Archaea
- 1. 17/12/2013 ~1977 – rRNA 16S Nanoarchaeota Ancestral comum – origem da vida Características gerais Principais diferenças entre Bacteria e Archaea • 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 • 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 Filogenia – rRNA 16S • Célula procariótica • Cromossomo circular • Ausência de organelas envoltas por membranas • Genes de conservação de energia e metabolismo – mais parecidos com os de bactérias 1
- 2. 17/12/2013 Expedição ambientes extremos (V1) http://www.youtube.com/watch?v=rz-cqKbHh04&feature=player_embedded Extremófilos Temperatura pH 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 Pressão Salinidade 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 Halofílicos • 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 2
- 3. 17/12/2013 Haloferax volcanii - mar morto – fácil cultivo - halofílico modelo – sequenciado • 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 Halobacterium • Halofílico e alcalifílico • pH de 9 a 11 Natronomonas Natronobacterium Haloquadratum Ion Na K • 0,15 µm • Células quadradas • Vesículas gasosas – flutuação • Móveis Mg Cl 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 3
- 4. 17/12/2013 Hipertermófilos Methanococcus jannaschii Thermoplasma • Não possuem parede celular (Thermoplasma e Ferroplasma) • Termofílicos extremos • Dentre os micro-organismos mais acidofílicos • 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 • 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 Thermoplasmatales • 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%) Picrophilus FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ +2SO42- + 16H+ 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 4
- 5. 17/12/2013 • Pyrococcus • Morfologia e metabolismo similares a Thermococcus • Crescimento ideal 100°C (70°C a 106°C) • 0,8 a 2 µm Methanopyrus 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 Nanoarchaeota – apenas DNA – Euryarchaeota??? • 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 Nanoarchaeum equitans Ferroglobus Archaeoglobus 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 5
- 6. 17/12/2013 Thermoproteales Vulcânicos Sulfolobales • Thermoproteus e Thermofilum • Anaeróbios estritos • Bacilares ou filamentos • Extremamente sensíveis a oxigênio (como os metanogênicos) • Quimiolitotrofico (H2) ou quimiorganotrófico • 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 Sulfolobus Acidianus •Pyrobaculum • Alguns são aeróbios • Bacilar • Fendas hidrotermais • Crescimento ótimo a 100°C Thermofilum Pyrobaculum Thermoproteus • Desulfurococcus • Crescimento ótimo: 85°C • Anaeróbio estrito 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 Pyrodictium Pyrolobus Desulfurococcus • 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 Staphylothermus Ignicoccus Não termofílicos (Crenarchaeota e Euryarchaeota) Korarchaeota – apenas DNA • Detectado DNA de Archaea em ambientes diversos • Planctônicos / associados a partículas • Importantes no ciclo do C • Fontes hidrotermais terrestres 6