Buscar

Microbiologia Trabalho Arqueobactérias (Resumo)

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA CELULAR – CEL
MICROBIOLOGIA BÁSICA 1/2009
PROFESSORA: LENISE APARECIDA M. GARCIA
�
 
 TURMA B (MEDICINA)
 ALUNOS:
 Keila Gabrielle Pati Gomes – 09/11445
 Lucas Teixeira Baldo – 09/45901
 Felipe Vieira Frujeri – 09/09220
 Rafael de Almeida Silva – 09/47822
 Vinicius de Aquino Calheiros – 09/16595
Introdução
A sistematização ou taxonomia é extremamente usada nas ciências biológicas. Tenta-se reunir características fundamentais comuns aos diversos seres. Desde a primeira tentativa de classificação em três grandes grupos: animal, vegetal e protista, passando pela diferenciação do monera e a taxonomia de Lineu e colaboradores, os métodos para hierarquização dos seres vivos tornaram-se cada vez mais microscópicos.
	A partir da década de 1970, com o microbiólogo Carl Woese, propõe-se, utilizando a comparação entre: seqüências de RNA ribossomal (nas denominadas árvores filogenéticas), síntese protéica, componentes da parede celular, fosfolipídeos da membrana plasmática e produtos metabólicos característicos, a separação dos seres do reino monera em dois novos domínios: Eubacteria (posteriormente denominado Bacteria) e Archea ou Archaeabacteria. 
	O nome sugere bactérias de vida antiga, parecem ter evoluído de uma bacteria ancestral comum que posteriormente originaria os eucariotos. Quando foram descritas, acreditava-se que as arqueobactérias eram organismos que eram encontrados quase que exclusivamente em ambientes extremos da vida (extremófilos). Entretanto, recentemente, encontrou-se várias eubactérias e organismos eucarióticos que sobrevivem também em ambientes extremos e descobriu-se que boa parte das arqueobactérias pode viver também em ambientes normais, como o solo e os oceanos.
O grupo das arqueobactérias inclui seres anaeróbios, aeróbios, autótrofos, heterótrofos, termófilos, acidófilos, halófilos e fotossintetizantes, contendo propriedades únicas que lhes permitem habitar tais ambientes caracterizados por condições extremas de temperatura, pH, salinidade, pressão e/ou anaerobiose. Isso é particularmente verdadeiro em relação às suas enzimas, que possuem a capacidade de permanecerem cataliticamente ativas em tais condições
As pesquisas com arqueobactérias buscam compreensão dos seus mecanismos de sobrevivência extremófila, visando à contribuição, por exemplo, biotecnológica, ao superar a fragilidade dos compostos biológicos perante as temperaturas industriais, e ao aumentar o repertório de catalisadores disponíveis para as reações de biotransformação.
Desenvolvimento
Origem e evolução
Pela relativa simplicidade das arqueas, acredita-se que tenham surgido nas primeiras diferenciações dos seres vivos. A semelhança morfológica entre arqueas e bactérias levou, a princípio, à classificação dos dois grupos em um único reino, mas com os avanços da biologia molecular, pôde-se observar melhor a composição química de diversos organismos e a tendência atual é classificá-los, taxonomicamente falando, de acordo com semelhanças na composição química e genética. Não poderia ser diferente para os ditos procariotos. Tratando-se deste tipo de classificação, foi sugerido, e relativamente aceito pela comunidade científica ao longo dos últimos anos, que as diferenças entre arqueas e bactérias são muito grandes para que as arqueas sejam consideradas apenas um tipo extremófilo de bactérias. Mesmo porque, entre as próprias arqueas existem diversas espécies, ainda não quantizadas de forma satisfatória, que diferem muito entre si, gerando as subdivisões entre arqueas. Além disso, elas são tão relacionadas às bactérias quanto a eucariotos, portanto a divisão primária lógica dos seres vivos seria um ramo triplo para arqueas, bactérias e eucariotos.
	Quanto ao surgimento das arqueas, existem ainda várias controvérsias. O que é de se esperar, já que, como um dos primeiros seres vivos a aparecer (fósseis químicos de lipídios característicos das arqueas datam de 2.7 bilhões de anos), estão intimamente relacionadas à origem da vida em si, a que não se consegue, por enquanto, atribuir mais do que hipóteses não conclusivas. Uma das teorias propõe que tanto arqueas como eucariotos tenham derivado de bactérias simples. Outra, que um ancestral comum, denominado LUCA - do inglês "last universal common ancestor" - teria originado arqueas, bactérias e eucariotos. A principal controvérsia se dá exatamente sobre o que seria o LUCA. No aprendizado da teoria evolucionista, têm-se uma idéia de que o tempo, desde que surgiram os seres vivos, está diretamente relacionado à complexidade e, portanto, há hipóteses sobre um organismo procarioto aparecer em algum dado momento em condições específicas e dele diferenciaram-se arqueas, bactérias e eucariotos. Porém, reflexões sobre o preconceito lamarckista na teoria evolucionista, que consiste exatamente no aumento constante e gradativo de complexidade levaram a outra teoria, mais complexa, em que os primeiros organismos vivos eram constituídos apenas de RNA. Modificações progressivas neste organismo sugerem que, ao invés do organismo procarioto comum, surgiu uma colônia endo-simbiótica de organismos proto-eucariotos, de genoma ainda constituído por RNA, adaptado a diversos ambientes e temperaturas e de morfologia e metabolismo variados. Acredita-se que uma mudança na constituição lipídica de alguns desses organismos para lipídios isoprenóides tenha formado as primeiras arqueas, termofílicas. A base teórica para o surgimento tanto de bactérias como de arqueas, na hipótese de um LUCA eucarioto primitivo, constitui-se na redução de componentes celulares, por isso está gradativamente entrando em desuso o termo procarioto (grego: pro, anterior, antes + karyon, noz ou amêndoa - núcleo) para se referir a arqueas e bactérias.
Classificação
Em 1977 houve, pela primeira vez, uma divisão dos procariotos em Archaebacteria e Eubacteria em árvores filogenéticas. Essa divisão e posterior nomeação desses grupos foram feitas por Carl Woese e George E. Fox, que se basearam em seqüências de genes de RNA ribossomal. Os dois grupos recém-formados foram tratados como reinos ou subreinos, que Woese e Fox denominaram de Urkingdoms. Posteriormente, estes domínios foram renomeados de Archaea e Bacteria. A palavra archaea vem do grego antigo ἀρχαῖα, que significa coisas antigas.
A classificação das arqueas em espécies é um campo controverso, já que procariotos não se enquadram no conceito de espécie uma vez que são assexuados, dividem-se por divisão binária e mostram altos níveis de transferência horizontal de genes entre linhagens. Mesmo assim, os sistemas atuais de classificação continuam organizando as arqueas em grupos de organismos que partilham caracteres estruturais e ancestrais comuns. Estas classificações apóiam-se nas seqüências de genes de RNA ribossomal para revelar as relações entre organismos (filogenética molecular). Levando em conta esse tipo de classificação, as espécies de arqueas pertencem a dois filos principais: os Euryarchaeota e os Crenarchaeota. Entretanto, estimativas do número total de filos nas arqueas variam entre 18 a 23, dos quais apenas 8 filos possuem representantes que foram cultivados e estudados diretamente. Muitos destes grupos hipotéticos são conhecidos somente através de uma simples seqüência de RNAr. Exemplos desses filos são o Nanoarchaeota e o Korarchaeota. 
Entretanto, também podemos classificar as arqueobactérias de acordo com seus diversos tipos demetabolismos e com os variados ambientes em que elas vivem. De acordo com essa outra classificação, elas podem ser enquadradas em três grupos: as Termoacidófilas, as Halófilas e as Metanogênicas.
Metanogênicas → são anaeróbias que utilizam o elemento químico hidrogênio como co-fator de reações que catabolizam o gás carbônico (CO2) em metano (CH4). Essas bactérias vivem em pântanos, no tubo digestivo de animais (cupins e animais herbívoros) e em estações de tratamento de esgoto. Exemplos de bactérias metanogênicas são Methanosarcina, Methanobacterium, Methanospirillum.
Termoacidófilas → são arqueobactérias que sobrevivem em locais de temperaturas muito altas e acidez muito baixa, como por exemplo, os ambientes aquáticos situados próximos a falhas na crosta oceânica (fendas vulcânicas). Esses organismos realizam quimiossíntese, utilizando compostos inorgânicos para sintetizar matéria orgânica e obter energia. Um exemplo desse tipo de bactéria é a Thermoproteus.
Halófilas → são bactérias primitivas que crescem em soluções com 17 a 23% de sal (água do mar = 3% de NaCl), e que portanto vivem em locais com altas concentrações de sal (meios extremamente hipertônicos), como, por exemplo, lagos salgados como o Mar Morto. Bacteriorrodospsina são exemplos de bactérias desse grupo.
Morfologia
As arqueas podem ser esféricas, bacilares, espiraladas, achatadas, quadradas, discóides ou pleomórficas, e seu tamanho varia de 0,1 a 15 µm, tamanho semelhante ao das eubactérias. Quando coradas pelo método de Gram, algumas se comportam como Gram positivas e outras como Gram negativas, embora tenham paredes distintas daquelas das eubactérias. Suas paredes celulares apresentam grande diversidade quanto à composição química, e não apresentam peptidoglicano. Existem também algumas arqueas que não possuem parede celular, as do gênero Thermoplasma.
As arqueas com parede semelhante às Gram positivas (Methanobacterium, Methanopyrus, Halococcus) têm sua parede composta por pseudopeptidoglicanos, que possui ácido talosaminurônico em substituição ao murâmico, ligação do tipo b-1,3 ao invés de b-1,4 entre os açúcares e a ausência de D-aminoácidos nas porções peptídicas da molécula. A lisozima e a penicilina não funcionam nesse tipo de parede. Outro possível composto é a metanocondroitina, um polímero de 4 açúcares, muito semelhante ao tecido conectivo animal, composto por sulfato de condroitina.
As arqueas semelhantes às Gram negativas podem ter paredes compostas por proteínas, polissacarídeos ou glicoproteínas. As paredes protéicas podem variar entre si, podendo ser do tipo monocamada de natureza cristalina, ou policamadas, de proteínas tubulares. As glicoproteínas são também comuns, muitas vezes contendo grandes quantidades de aminoácidos carregados negativamente, como nas halobactérias.
Existe uma camada S externa, composta de proteínas arranjadas de maneira cristalina. A camada S é fundamental para a possibilidade de vida em ambientes extremos, e está presente em todas as arqueas Gram negativas e em algumas Gram positivas.
A membrana citoplasmática das arqueas é também composta por fosfolipídeos, com algumas particularidades. O glicerol das arqueas tem a quiralidade contrária ao glicerol de outras bactérias e de eucariotos, o que confere uma alta especificidade nas enzimas que formam a membrana. Enquanto as membranas fosfolipídicas de outros organismos têm sua cauda lipídica ligada ao glicerol por ligações éster, essa ligação nas arqueas é do tipo éter, mais estável, o que provavelmente contribui para a sua resistência em ambientes muito quentes, básicos ou ácidos. As caudas lipídicas não são compostas por ácidos graxos e sim por cadeias de moléculas de isopreno, que possuem ramificações laterais. Devido a sua cadeia lateral, as moléculas de isopreno podem se ligar formando anéis carbônicos que estabilizam a membrana, de maneira semelhante ao colesterol. Outra ligação é entre as duas camadas lipídicas, formando uma monocamada, mais resistente e presente, por exemplo, nos Ferroplasma, que vivem em ambientes ácidos.
Conclusão e Aplicações
	Com este trabalho pretendemos mostrar, ainda que resumidamente, a oportunidade que é, para várias ciências, estudar as arqueobactérias. Elas não só são seres fascinantes pela sua estrutura celular extremamente funcional, pronta para enfrentar os mais hostis ambientes, e por nos oferecerem novos dados sobre a história do surgimento da vida na Terra. Também são indispensáveis ao equilíbrio de ecossistemas nos mais diversos pontos do planeta, mesmo dentro de nós. E têm o potencial de serem muito úteis à humanidade no capítulo da biotecnologia, como fonte de enzimas que não desnaturam a altas temperaturas e em altos (ou baixos) pHs, de polimerases, de arqueossomos e outras aplicações. 
	A enzima α-amilase da arquea Pyrodictium abyssi tem como temperatura ótima 100°C e pH ótimo 5,0, sendo indicada para atuar no beneficiamento (hidrólise) do amido, que, reduzido a glicose, maltose e xarope de oligossacarídeos, é usado para a produção de outros químicos ou como substrato em fermentações. A enzima xilanase de Pyrococcus furiosus, com temperatura e pH ótimos de 70°C e 10 a 12 respectivamente, é capaz de reduzir em 10 a 15% o uso de poluentes como dióxido de cloro, ozônio e peróxido de hidrogênio no branqueamento industrial de papel.
	As polimerases de arqueas são melhor adaptadas a altas temperaturas do que a Taq polimerase, extraída de uma bactéria para uso em PCR, que sabemos ser uma técnica revolucionária para a biologia molecular ao permitir o isolamento de genes, seu seqüenciamento e o de mutações específicas. Essas novas polimerases corrigem melhor o pareamento errôneo de bases e diminuem a incidência de erros na replicação in vitro de DNA.
	Os arqueossomos são preparações de lipídeos de membranas de arqueas e, usados em formulações de vacinas, proporcionam captação 3 a 50 vezes maior, por células fagocíticas do sistema imune, se comparadas a formulações de lipossomos convencionais, além de provocarem resposta imune prolongada. Estudos em ratos não indicaram toxicidade e os arqueossomos são estáveis diante de estresse oxidativo, alta temperatura, ação de fosfolipases, de sais biliares e de proteínas do soro. Algumas formulações ainda podem ser autoclavadas sem que as vesículas se agreguem.
Bibliografia
http://br.geocities.com/pri_biologiaonline/diversidade_classificacao_moneras.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Arqueobacteria
http://www.mundoeducacao.com.br/biologia/arqueobacterias.htm
http://www.livronline.com/servicos/gratuitos/mb1504/capitulos/cap7.html
http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaeamm.html
http://www.unb.br/ib/cel/microbiologia/archaea/archaea.html
Brock, T. D., Madigan, M. T., Martinko, J. M., Parker, J. Biology of Microorganisms. 7ed. Prentice Hall: New Jersey, 1994. 909p. 
Danson, M. J., Hough, D. W. Structure, function and stability of enzymes from the Archaea. Trends in Microbiology. Aug 1998. vol. 6. n 8. p. 307-313. 
Forterre P et al. Evolution of Archaea. Theoretical Population Biology 61: 409-422. 2002. 
Glansdorff N, Xu Y, and Labedan B. The Last Universal Common Ancestor: emergence, constitution and genetic legacy of an elusive forerunner. 2008.
Woese CR, Kandler O, Wheelis ML. Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. 1990.
Cardoso, A. M. et al. Archaea: Potencial Biotecnológico. Revista Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento 30: 71-77. Jun 2003. 
�PAGE �
�PAGE �3�

Outros materiais

Materiais relacionados

Perguntas relacionadas

Materiais recentes

Perguntas Recentes