Filogenia e taxonomia de microrganismos

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Filogenia e Taxonomia de microrganismos
· Principais sistemas de classificação 
· Os sistemas de classificação não são verdades absolutas e seguem algum critério, e a depender da evolução metodologia, podem gerar novas informações e conseguintemente resultam em um novo sistema de classificação considerando os novos dados. 
· Sistema de 2 reinos 
· Reino plantae e animália, usando como critério: os seres que se moviam eram do reino animália e organismos geralmente verde e imóveis, plantae. 
· Onde se encontraria os microrganismos nesse sistema de classificação? 
- O reconhecimento dos seres microscópicos era insipiente, pois apesar das observações por volta de 1680, os cientistas nãos avançaram muito nos conhecimentos sobre os microrganismos, assim fungos filamentosos e bactérias, eram considerados do reino das plantas. Enquanto protozoários por serem geralmente moveis, pertenciam do reino animália. 
· Sistema de 3 reinos 
· Em 1866, Haeckel fez uma proposta de classificação de 3 reinos, criou o reino protista que englobaria os reinos unicelulares, ditos “inferiores “ por serem menos complexos e não formarem tecidos.
· Foi a primeira apresentação do sistema de classificação com uma arvore da vida indicando que todos os seres vivos descendem de um ancestral único. 
· Na segunda metade no século XIX iniciaram os estudos sobre os microrganismos, e logo se percebeu que o reino dos protistas de Haeckel ocupavam microrganismo muito diferentes, isto é, as bactérias, fungos, protozoários e as algas microscópicas. Assim o reino protista era uma miscelânea
· Sistema de 5 reinos 
· Após um século, somente em 1969 Robert Whittaker fez uma nova proposta de classificação, sendo conhecida como sistema de 5 reinos. Teve um maior respaldo da comunidade cientifica que acreditavam que todos os seres vivos evoluíram de um ancestral universal, e que os animais, fungos e plantas teriam evoluído mais recentemente a partir de diferentes ramos de protistas, e esses teriam surgido a partir dos Monera, isto é, dos procariotos.
· A arvore da vida se baseia na filogenia, apresentando um significado de evolução explicita. 
· Whittaker separou os procariotos (bactérias e archeas) no reino monera, também elevou os fungos para um novo reino, os protistas eram organismo unicelulares com núcleo (todas algas e protozoários) e as algas foram incluídas no reino Plantae.
· A abordagem de Whittaker foi muito bem aceita, o sistema era baseado nos seguintes critérios básicos
1. A organização celular: todos os procariotos constituiriam no reino monera e eucariotos pertenceriam aos outros grupos.
2. Número de células: critério de distinção fundamental, pois separou os eucariotos geralmente unicelulares (algas e protozoários no reino protista) e os eucariotos multicelulares na sua maioria separados pelo modo de aquisição do alimento, separando assim: os fototróficos (reino plantae), os fungos (obtém nutrientes através dos produtos da digestão do substrato, pela ação de enzima hidrolíticas extracelulares produzidas pelos mesmos) e os animais que ingerem os alimentos ou outros seres vivos através da boca. 
· Sistema de 3 domínios 
· O americano Woese, desde 1977, começou um estudo de uma proposta revolucionaria de sistema de classificação. Estudava bactérias e em particular um grupo de procariotos extremofilos que na época eram denominados arqueobactérias, eram denominados assim, procariotos que geralmente eram termófilos ou hipertermófilos, e que viviam em extremos de pH e salinidade.
· O nome arqueobactérias veio dos primórdios da vida no nosso planeta devido as características comuns. 
· Os estudos moleculares abriam novas perspectiva nos estudos filogenéticos esses estudos levaram Woese a propor um sistema diferente, Woese propôs um sistema superior a reino, denominado Domínio e que os procariotos apresentariam diferenças tão significativas que constituíram dois domínios diferentes, as bactérias e as Archea. E todos os procariotos seriam agrupados em um único domínio, Eukarya, que por sua vez seria subdividido nos reinos planta, animal, fungo e protistas. 
· Os domínios bactérias e Archea são exclusivamente microbianos, englobando todos os procariotos. Ressaltasse a Archeas metanogênicas e as Archeas que vivem em ambientes extremos, como as Archeas halofilicas e as termoacidófilas 
· No domínio bactéria, inclui uma diversidade biológica e ecológica muito grande, tem-se: bactérias fototróficas, quimioautotrofica diversa que fazem parte do ciclo biogeoquímico, bactérias patogênicas para plantas, animais e humanos, bactérias heterotróficas muito importantes na decomposição da mateira orgânica, as fermentadoras responsáveis pela fermentação lática, acetina, propiônica e outras, bactérias filamentosas do solo, produtoras de antibióticos e outros compostos bioativos. 
· No domino Eukarya, tem-se os microrganismos protozoários, algas e fungos 
· Woese se baseou na diferença das moléculas de RNA ribossomal.
· As principais características significativas que distingue os três grupos estão relacionadas a presença de peptídeoglicano na parede celular de bactérias, ligação éster entre o glicerol e os ácidos graxos que compõem os lipídeos de membrana em bactérias e Eukarya, aspectos que difere de archeas cujos os lipídeos de membrana estão ligados por ligações do tipo éter. 
· Domínio Eukarya: variação na composição da parede celular quando presente, número de células (exclusivamente unicelular em domino bactéria e archea), exclusivistamente multicelular nos reinos plantae e animália do reino Eukarya. Os reinos fungi e protistas apresentam representantes unicelulares e multicelulares. Nota-se também uma maior especialização no modo de nutrição autotrófica no reino plantae e heterotrófica no reino animália e fungi. Pode ser autotrófica e heterotrófica em bactérias, archea e nos protistas.
· A classificação dos seres vivos é uma parte da ciência dinâmica, e que se modifica com o avanço das metodologias que permitem caracterizar melhor os organismos. Assim, uma classificação não é uma verdade absoluta, sim uma expressão em um terminado momento científico que permite organizar os organismos de acordo com características comuns relevantes. 
· Conceitos básicos 
· Filogenia: história evolutiva dos organismos. Assim, a luz da evolução e como se relacionam os seres vivos. Responde quais organismo são mais parentados e quais estão mais distantes do ponto de vista evolutivo.
· Filogenia clássica: análise filogenética baseadas no estudo de fósseis, que permitem estimar cronologicamente as diversificações dos organismos ao longo do processo evolutivo 
· Filogenia molecular: utiliza os cronômetros evolutivos para revelar a história evolutiva. Mas o que é um cronometro evolutivo? 
· Cronômetro evolutivo: molécula cuja a sequência pode ser utilizada como medida comparativa da divergência evolutiva. Assim, comparando a sequência de um cronometro evolutivo entre vários organismos, pode-se estabelecer uma relação de parentesco entre eles. Organismo que tem sequências mais parecidas divergiram a pouco tempo na evolução. Portanto são mais próximos filogeneticamente, aqueles, no entanto que apresentarem sequencia muito diferentes, divergiram a mais tempo e, portanto, estão mais distantes do ponto de vista evolutivo. 
· Filogenia clássica 
· É muito útil para o estudo de filogenia de plantas e animais vertebrados ou invertebrados. Os animais com endoesqueleto ou exoesqueleto geralmente deixam registros fósseis muito ricos em detalhes morfológicos, que permitem inferências fisiológicas importantes e proporcionam a possibilidade de contar a história evolutiva, e o mesmo pode-se dizer no estudo de filogenia de plantas. 
· Os animais e plantas fossilizados permitem a dadatação, isto é, a estimativa da idade das rochas e também detalhes morfológicos significativos revelados pelos fósseis 
· Estudos filogenéticos
· Nos últimos anos o avanço dos estudos moleculares, tem proporcionado uma enorme quantidade de dados, que possui clara influência na taxonomia e sistemáticade todos seres vivos 
· Fósseis de microrganismos 
· Estromatólitos são pilares rochosos, formado por comunidades microbianas que se formam em ambientes aquáticos, especialmente em cianobactérias.
· Apesar de existirem outros registros fósseis microbianos, estes estromatólitos fossilizados são registros que permitem especialmente a estimativa de idade. Mas restringem-se a um determinado grupo de bactérias, as Cianobactérias, que tem essa tendência natural de deposição em camada, formando esses pilares rochosos.
· Filogenia de Microrganismo 
· Os estudos filogenéticos de microrganismos pelos métodos tradicionais, isto é, pelo estudo de fósseis é muito difícil se comparado com o de plantas e animas, pelas seguintes razoes: 
1. Serem mais antigos que plantas e animais, e, portanto, os fósseis são menos conservados 
2. Apresentarem tamanho redução 
3. Não possuírem um esqueleto, o que facilita a mineralização
4. Apresentarem poucas diferenças morfológicas, visto que muitas bactérias e archeas apresentam a mesma forma esférica de cocos ou a forma de bacilos
· A filogenia microbiana se iniciou com a filogenia molecular a partir de 1960, os primeiros estudos utilizaram as proteínas como cronometro evolutivo, em especial proteínas da CDT com citocromos e proteínas de ferro-enxofre. 
· A filogenia molecular iniciou-se com o sequenciamento de proteínas, porque na época dominava-se metodologicamente o sequenciamento de resíduos de aminoácidos de uma proteína, que eram facilmente isoladas e purificadas 
· Mudança na sequência de proteínas geralmente refletem mudança na sequência de DNA 
· Os estudos dessas proteínas, esbarram em um grande problema, pois nem os organismos apresentam uma CDT, assim os cientistas começaram a investigar outros cronômetros evolutivos.
· Os cientistas começaram a estudar cronômetros evolutivos alternativos, outras proteínas e também outras moléculas. Começar a verificar que o RNA ribossomal da subunidade menor, consistiram em um excelente cronometro, assim como é considerado até hoje. 
· RNA ribossomal 
· Os ribossomos são encontrados em todos os organismos celulares e inclusive nas organelas eucarióticas (mitocôndrias e cloroplasto). Essa estrutura desemprenha a mesma em todas as células, ou seja, a síntese proteica apresenta muita semelhança em todos os organismos.
· Os ribossomos são constituídos de moléculas de RNA associadas a proteínas que se organizam em duas subunidades, uma maior e uma menor.
· Os ribossomos de procariotos e eucariotos diferem em massa. Sendo os procariotos possuindo menos massa, chamados então de 70s. E os eucarióticos são do tipo 80s.
· A subunidade maior do ribossomo procariótico separadamente é 50s
· Preferência pela utilização de rRNA:
1. Encontrado em todas as células e no genoma de organelas (inclusive em mitocôndrias e cloroplastos) 
2. Abundante e fácil de ser isolado e purificado 
3. Possui a mesma função em todas as células 
4. Interage com várias outras moléculas de RNA e proteína 
5. Interage em regiões com taxa de evolução distintas entre todos os organismos, isto é, apresenta regiões conservadas e regiões com alta taxa de evolução, o que significa que são regiões muito variáveis. Essa propriedade possibilita com mais certeza a interpretação dos resultados, as regiões conservadas servem como guias e as regiões variáveis, revelam as divergências. 
6. Possui tamanhão adequado para estudos comparativos e analise estatística 
· Filogenia Molecular 
· Como se originou a vida na terra? 
· Estimasse que o planeta terra tem 4,6 bilhões de anos, pois essa é a idade das rochas mais antigas
· Supõe se que a terra no início era muito quente, e passou com por um resfriamento lento da crosta terrestre, ou seja, do exterior para o interior. Inicialmente a terra não apresentava agua na forma liquida, assim imagina-se que os oceanos levaram aproximadamente 500 milhões de anos para serem formados 
· Propõe-se uma era prebiótica de mudanças químicas muito importantes nos oceanos para o qual contribuíram as condições da atmosfera primitiva e todos os fenômenos aos quais a superfície terrestre estava submetida, como: intensa radiação, tempestades elétricas e explosões vulcânicas. Nesse contexto, surgiram as primeiras biomoléculas como: aa, AG e Nucleotídeos, que depois se polimerizaram formando proteínas, lipídeos e AN e os lipídeos se organizaram formando vesículas. 
· Os cientistas simularam as condições da terra primitiva e chegaram a essas conclusões evolutivas 
· Prováveis condições da terra primitiva e surgimento das primeiras formas de vida 
· Composição da atmosfera primitiva era redutora 
· Hipótese evolucionária da vida na terra 
· Primeiros organismos (bactérias e archeas) teriam metabolismo anaeróbico com fermentações. Surgiram também no início as bactérias fototróficas anóxigenica, já que a atmosfera da terra era anóxica (não possuía oxigênio). No entanto o aparecimento das cianobactérias (bactérias fototróficas oxigenicas) foi determinante para o rumo da evolução, pois lentamente a atmosfera foi sendo oxigenada.
· A presença de oxigênio permitiu: aparecimento da respiração aeróbica (com oxigênio como aceptor final de elétrons, pois é mais eficiente porque apresenta mais rendimento enérgicos nos processos anaeróbicos). Paralelamente o acumulo de oxigênio na atmosfera possibilitou a formação da camada de ozônio (O3), que até hoje é fundamental para vida no planeta, por protegera a superfície terrestre dos raios ultravioletas. 
· Os raios ultravioletas são agentes mutagênicos poderosos, e antes da camada de ozônio não havia vida na superfície do planeta. A vida era restrita na profundeza dos oceanos, pois na superfície a incidência de raios UV era imensa e por provocar mutações, a vida era inviável. 
· O aparecimento das cianobactérias tornou-se possível o aparecimento de novos hábitats na superfície da terra, o possibilitou a diversidade biológica. 
· Em seguida, surgiram os eucariotos modernos e a diversidade de algas. 
· Conceitos básicos 
· Taxonomia: ciência que envolve identificação, classificação e nomenclatura. 
· Taxon: grupo taxonômico onde são agrupados organismo que compartilham características comuns 
· Nomenclatura
· Sistema binominal: gênero+ epitélio especifico (espécie) desde 1735 por Linnaeus. Exemplo: Escherichia coli, Streptococcus pyogenes, Saccharomyces cerevisiae
· Regras: 
1. Nome cientifico é grifado em latim, por isso precisa ser destacado com itálico ou sublinhado. Ex: Escherichia coli ou Escherichia coli
2. O nome do gênero sempre se inica com letra minusciula e o epíteto especifico sempre maiúscula. EX: Streptococcus pyogenes
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