Bacteria e Archaea

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Diversidade Microbiana: 
 
Domínio Bacteria 
 
Domínio Archaea 
 
Domínio Eukarya 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Departamento de Microbiologia 
MBI 100 – Microbiologia Geral 
Diversidade microbiana 
• Função da evolução dos micro-organismos 
• ~ 4 bilhões de experimentação evolutiva 
• Diversidade microbiana foi dirigida, em grande parte, 
pela exploração de todas as formas possíveis de 
sobrevivência realizada pelos micro-organismos 
• Dependente da diversidade metabólica 
• Diversidade fisiológica refere-se à capacidade de 
sobreviver em condições ambientais extremas: 
– Temperatura 
– pH 
– Salinidade 
A evolução 
biológica 
CO 2 
4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 
O 2 
Gases redutores 
C
o
m
p
o
s
iç
ã
o
 (
%
) 
20 
2 
0.2 
Cianobactérias 
Anaeróbio Aeróbio 
Algas 
Plantas 
Archaea 
NH 3 CH 4 
CN 
Milhões de anos até o presente 
Oxigenação da atmosfera e a “evolução biológica” 
O Sistema de Três Domínios 
Carl Woese (1977) 
A árvore da vida representa uma hipótese evolucionária que 
encontra-se em processo de refinamento. 
“ORGANISMOS PRIMITIVOS E ORGANISMOS MODERNOS???” 
 
 
ORGANISMOS MENOS DERIVADOS 
ORGANISMOS MENOS DERIVADOS DOS DOMÍNIOS 
ARCHAEA E BACTERIA: 
 - TERMOFÍLICOS E HIPERTERMOFÍLICOS 
Características que diferenciam os três domínios 
Diversidade Microbiana: 
 
 
Domínio Eukarya 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Departamento de Microbiologia 
MBI 100 – Microbiologia Geral 
Complexo de Golgi 
Vacúolo 
Mitocôndria 
Centríolos 
 Membrana 
plasmática 
Lisossomo 
secundário 
Lisossomo 
primário Núcleo Retículo 
endoplasmático rugoso 
nucléolo 
glicocálice 
Retículo 
endoplasmático liso 
Estrutura de células eucarióticas 
Mitocôndria e Cloroplastos: 
 Ribossomo 70S 
 Pequeno DNA circular 
 Sequência de rRNA similar às 
bacterias 
 Dividem independentemente, 
como as bactérias 
 Sensíveis aos antibioticos de 
procariotos 
 Possuem bicamada de 
fosfolipídeos 
Teoria 
Endossimbiótica 
• Ausência de núcleo 
• Ausência de organelas 
membranosas 
• Grupos evolutivos 
distintos 
• “Ancestrais” das outras 
formas de vida 
PROCARIOTOS 
Bacteria Archaea 
Bacteria x Archaea 
 
• Diferem quanto às propriedades 
químicas da membrana e parede 
celular 
 
• Bacteria são sensíveis a 
antibióticos; Archaea são 
insensíveis a muitos antibióticos 
 
• As enzimas de síntese de ácidos 
nucléicos e proteínas de Archaea 
têm semelhança com as de 
eucariotos 
 
• Bacteria podem ser patogênicas de 
plantas e animais 
 
• Bactérias típicas são E.coli, S. 
aureus, Bacillus, etc. 
 
• Archaea típicas são termofílicos 
extremos e metanogênicas 
Diversidade Microbiana: 
 
 
Domínio Bacteria 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Departamento de Microbiologia 
MBI 100 – Microbiologia Geral 
Parede celular de bactérias 
Gram-positivas 
Magnetossomo 
(magnetita, Fe3O4 ) 
Poli-β-hidroxibutirato 
O Sistema de Três Domínios 
Carl Woese (1977) 
A árvore da vida representa uma hipótese evolucionária que 
encontra-se em processo de refinamento. 
Aquifex 
Thermodesulfobacterium 
Thermotoga 
Bactérias verdes 
não sulfurosas 
Bactérias 
verdes 
sulfurosas 
Deinococos 
Espiroquetas 
Flavobactérias 
Defferibacter 
Citophaga 
Planctomyces/Pirella 
Verrucomicróbios 
Chlamydia 
Cianobactérias 
Bactérias 
gram-positivas 
Nitrospira 
 
Proteobactérias 
 
Árvore Filogenética do Domínio Bacteria 
Visão geral da filogenia de Bacteria 
• Pelo menos 17 filos 
• 4 filos de menor derivação filogenética que 
contêm espécies termofílicas 
• 3 filos principais com maior volume de 
informação fenotípica: 
– proteobacterias: 5 grupos: alfa, beta, gama, delta 
e epsilon 
– bactérias gram-positivas: Baixo conteúdo G+C 
 Alto conteúdo G+C 
– cianobactérias 
Proteobacteria 
• Bacteria púrpuras fototróficas: 
– Bacteria púrpuras sulfurosas e 
– Bacteria púrpuras não sulfurosas; 
• Bacteria nitrificantes; 
• Bacteria oxidantes de enxofre e ferro; 
• Bacteria oxidantes de hidrogênio; 
• Metanotróficas e metilotróficas; 
• Pseudomonas e pseudomonadas; 
• Bactérias acéticas; 
• Bactérias fixadoras de nitrogênio; 
• Neisseria, Chromobacterium e relacionadas; 
• Bacterias entéricas; 
• Vibrio e Photobacterium; 
• Riquétsias; 
• Espirilos; 
• Proteobactérias com bainha; 
• Bacteria com brotamento e prosteca/pedúnculo; 
• Myxobactérias deslizantes; 
• Proteobactérias redutoras de sulfato e enxofre. 
Bactérias púrpuras 
Enterobactérias 
• Grupo filogeneticamente 
homogêneo 
 
• Mais de 40 gêneros e 150 
espécies e subespécies 
 
• Bastonetes Gram negativos não 
esporulados, imóveis ou móveis 
por flagelos peritríquios, 
anaeróbios facultativos, 
reduzem nitrato, são catalase 
positivos e oxidase negativos, 
com requerimentos nutricionais 
relativamente simples, 
fermentadores de açúcares 
com formação de uma 
variedade de produtos finais 
Bactérias entéricas 
Enterobactérias 
• São ubiqüitários, encontrados no 
solo, água e vegetais 
• Inclui espécies saprófitas 
colonizadoras do TGI de 
humanos e animais 
 
• Linhagens de importância 
industrial 
 
• Linhagens patogênicas para 
humanos, animais ou plantas 
 
• 30% das sepses, 70% de ITUs e 
infecções intestinais 
 
 
Perfil Fermentativo: 
• Característica taxonômica 
chave 
 
• Tipo e proporção de 
produtos de fermentação 
 
• Duas vias de utilização da 
glicose: 
 
– Fermentação Ácido-
Mista 
 
– Fermentação de 
2,3-butanediol 
Bactérias entéricas 
Fermentação Ácido-Mista 
(por ex. Escherichia coli) 
+ 
H2 
CO2 
Acetil-CoA 
Acetato 
Etanol 
Glicose 
Glicólise 
Piruvato Lactato 
Succinato 
CO2 
Formato 
Produtos típicos 
(quantidades molares) 
Ácidos : Neutros 
4 : 1 
CO2 : H2 
1 : 1 + 
Bactérias entéricas 
Produtos típicos 
(quantidades molares) 
Ácidos: Neutros 
1 : 6 
CO2 : H2 
5 : 1 
 
Fermentação 2,3-butanediol 
 
(por ex. Enterobacter aerogenes) 
Glicose 
Glicólise 
Piruvato 
Etanol 
Lactato 
Succinato 
Acetato 
CO2 + H2 
2,3-butanediol + CO2 
Bactérias entéricas 
Escherichia coli 
• Organismo facultativo predominante nas fezes 
• Produz vitamina K 
 
• Sua presença (junto com outros coliformes Klebsiella, 
Enterobacter e Citrobacter) é usada como evidência da 
contaminação fecal de águas (indicador) 
 
• Estirpes uropatogênicas (UPEC) responsáveis por 90% 
das infecções urinárias - UTIs (cistite e pielonefrite) 
 
• Importante agente de bacteremias (sepse) 
 
• Causa mais freqüente de meningite bacteriana 
neonatal 
 
• Estirpes causadoras de infecções intestinais (DEC) 
divididas em 5 patotipos principais 
Bactérias entéricas 
Doenças: 
– Colonização assintomática - S. Typhi e S. 
Paratyphi 
– Febre entérica ou tifóide - Estima-se 21 milhões 
de casos e 200.000 mortes/ano no mundo 
– Salmoneloses não tifóides - Gastroenterites - 
CDC estima 1,4 milhão casos e 600 mortes/ano nos 
EUA 
– Bacteremia - S. Typhi, S. Paratyphi, S. Choleraesuis 
e S. Enteritidis 
 
Salmonella 
Bactérias entéricas 
Aquifex 
Thermodesulfobacterium 
Thermotoga 
Bactérias verdes 
não sulfurosas 
Bactérias 
verdes 
sulfurosas 
Deinococos 
Espiroquetas 
Flavobactérias 
Defferibacter 
Citophaga 
Planctomyces/Pirella 
Verrucomicróbios 
Chlamydia 
CianobactériasBactérias 
gram-positivas 
Nitrospira 
 
Proteobactérias 
 
Árvore Filogenética do Domínio Bacteria 
Bacterias Gram-positivas não 
esporulantes 
(Bactérias Lácticas) 
Bactérias do ácido láctico 
 
 Grupo de bactérias correspondentes a bacilos e cocos gram-positivos, de 
baixo conteúdo G+C (30-50 %) não-esporulantes que produzem ácido láctico 
como principal produto da fermentação de açúcares. 
Bactérias Gram positivas não esporulantes 
Principais Gêneros: Streptococcus, Lactobacillus 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bactérias Gram positivas não esporulantes 
Lactobacillus spp 
Estreptococos de importância médica e oral 
 
Produzem Exotoxinas 
 
Doenças: 
Infecções do trato respiratório e septicemia, pneumonia, otite, 
meningite, faringite, febre reumática, endocardite, cárie dentária, 
mastite bovina 
 
Transmissão: 
Por inalação ou ingestão, sexualmente, congenitamente ou 
indiretamente por intermédio das mãos 
 
Estreptococos orais 
 Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus 
 
Estreptococos de importância médica ou veterinária 
 Streptococcus pyogenes, S. pneumoniae, S. bovis 
Bactérias Gram positivas não esporulantes 
 
 
 
 
 
 
Bactérias Gram-Positivas 
Formadoras de Endosporos: 
Bacillus e Clostridium 
 
 
 
Esporulação em Bacillus subtilis 
Ciclo 
vegetativo 
Esporulação 
Divisão 
celular 
Crescimento 
Divisão polar 
Pré-esporo 
Septo 
Célula mãe 
Divisão celular assimétrica 
Engolfamento 
Síntese 
do cortex 
Cortex 
Parede celular 
Membrana 
Capa do esporo 
Síntese 
da capa 
Maturação, 
lise celular 
Germinação 
(esporo livre) 
Bactérias Gram positivas esporulantes 
CARACTERÍSTICAS FENOTÍPICAS 
SIMILARES NEM SEMPRE 
INDICAM UM GRUPO 
FILOGENETICAMENTE VÁLIDO. 
 
Exemplo: Microrganismos 
fototróficos 
Aquifex 
Thermodesulfobacterium 
Thermotoga 
Bactérias verdes 
não sulfurosas 
Bactérias 
verdes 
sulfurosas 
Deinococos 
Espiroquetas 
Flavobactérias 
Defferibacter 
Citophaga 
Planctomyces/Pirella 
Verrucomicróbios 
Chlamydia 
Cianobactérias 
Bactérias 
gram-positivas 
Nitrospira 
 
Proteobactérias 
 
Árvore Filogenética do Domínio Bacteria 
A Fotossíntese em Cianobactérias: 
Introdução 
Nostoc 
Stigonema Merismopedia 
Oscillatoria 
Cianobactérias 
Endossimbiose primária 
Universidade Federal de Viçosa 
Departamento de Microbiologia 
 
 
 
 
Procariotos do Domínio 
Archaea 
 
 
 
MBI 102 – Microbiologia básica para as 
Engenharias 
Características Bioquímicas e Estruturais 
Parede Celular 
NAT – ácido N-acetil-talosaminurônico 
Características Bioquímicas e Estruturais 
Lipídeos de membrana 
Características 
Bioquímicas e 
Estruturais 
RNA polimerase 
E. coli 
Halobacterium 
salinarum 
Sulfolobus 
acidocaldarius 
Saccharomyces 
cerevisiae 
Características de Archaea 
• Muitas Archaea são extremófilas, com espécies capazes 
de crescer nas maiores temperaturas e em extremos de 
pH comparado a todos os organismos conhecidos 
• Todas Archaea são quimiotróficas, algumas são 
quimiorganotróficas e muitas são quimiolitotróficas 
O ambiente 
primitivo 
O domínio Archaea abrange 3 
Filos cultiváveis: 
Crenarchaeota, Euryarchaeota 
e Nanoarchaeota 
Filogenia do Domínio Archaea 
 
Filo Euryarchaeota – Maior divisão. Archaea halofílicas 
extremas, Archaea metanogênicas e Archaea termofílicas 
que metabolizam compostos de enxofre. 
 
Filo Crenarchaeota – Contém representantes que vivem em 
ambos os extremos de temperatura. A maioria das espécies 
cultivadas são hipertermófilas. 
 
Filo “Korarchaeota” – Nenhum representante cultivado in 
vitro. Identificado por análise de seqüências de rDNA obtidas 
de uma fonte termal do Parque Nacional de Yellowstone. 
 
Filo Nanoarchaeota – Simbionte hipertermofílico de “nano-
tamanho” (ex: Nanoarchaeum equitans + Ignicoccus 
(archaea)  400 nm diâmetro, genoma 500 Mpb). 
Euryarchaeota – Principais grupos 
Halofílicas extremas 
Metanogênicas 
Termoacidófilas 
Euryarchaeota 
Archaea Halofílicas Extremas 
 
• Habitam ambientes hipersalinos: tanques de produção de 
sal; lagos salinos naturais e peixes e carnes salgadas. 
 
• Requerem pelo menos 1,5 M (~ 9 %) de NaCl para 
crescer. A maioria requer 2-4 M de NaCl (12-23 %) para 
crescimento ótimo. 
 
• A maioria das espécies cresce em soluções salinas 
saturadas (5,5 M, ~ 32 %). 
 
• Parede celular é composta por glicoproteínas (ricas em 
asp e glu) e estabilizada por íons sódio. 
 
• Acumulam K+ no citoplasma (> 5,0 M)  íon estabiliza 
proteínas e ribossomos (homeostasia osmótica) 
 
• Possuem metabolismo quimiorganotrófico  Utilizam 
aminoácidos e ácidos orgânicos como fonte de energia 
Lago Great Salt em Utah 
Habitats hipersalinos de Archaea halofílicas 
Tanques de produção de sal 
por evaporação 
Lago Hamara no Egito 
Haloarcula 
Halobacterium salinarum 
Archaea Metanogênicas 
 
Habitats Predominantes 
 
 
1. Sedimentos anóxicos – sedimentos de pântanos e lagos 
predominante em áreas alagadas, rizosfera de plantas etc. 
 
2. Trato gastrintestinal de animais – Rúmen (bovinos, 
ovelhas, alces, veados e camelos), ceco (cavalos e 
coelhos), intestino grosso (humanos, porcos e cães), 
intestino de insetos celulolíticos (cupins) 
 
3. Fontes geotermais de H2 e CO2: Fendas hidrotermais 
 
4. Aterros sanitários e sistemas de tratamento de 
efluentes (digestores anaeróbios) 
 
5. Depósitos de óleo e gás 
 
6. Endossimbiontes de protozoários anaeróbios. 
Methanosarcina acetivorans 
Methanosarcina 
 
Maior genoma de Archaea já sequenciado (5,7 Mb). 
Encontrado no trato gastrintestinal humano e de 
ruminantes. Pode utilizar diversos substratos para 
metanogênese. 
Euryarchaeota – Principais grupos 
Halofílicas extremas 
Metanogênicos 
Termoacidófilos 
Euryarchaeota 
Termofílico e acidofílico (55oC e pH 2 em meio complexo). 
Desprovido de parede celular  Membrana contém composto 
semelhante a um lipolissacarídeo (lipoglicano, em micoplasmas) 
que confere estabilidade às condições ácidas e altas 
temperaturas. 
Quimiorganotrófico, aeróbio facultativo  podem crescer em 
aerobiose ou anaerobiose a partir da respiração do enxofre. 
Encontrado em refugo de carvão auto-aquecidas e solfataras 
DNA encontra-se associado a proteínas homólogas a histonas. 
Euryarchaeota Extremamente Acidofílicas 
Ordem Thermoplasmatales: Gênero Thermoplasma 
lipolissacarídeo