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~1977 – rRNA 16S

Ancestral comum –

origem da vida

Nanoarchaeota

Características gerais

• 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

Principais diferenças entre Bacteria e Archaea

• 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

• Célula procariótica

• Cromossomo circular

• Ausência de organelas envoltas por membranas

• Genes de conservação de energia e metabolismo – mais parecidos com os

de bactérias

Filogenia – rRNA 16S

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Extremófilos

Temperatura

pH

Pressão

Salinidade

http://www.youtube.com/watch?v=rz-cqKbHh04&feature=player_embedded

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

Expedição ambientes extremos (V1)

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

• 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

Halofílicos

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Haloferax volcanii - mar morto – fácil cultivo - halofílico modelo – sequenciado

Halobacterium • 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

Ion

Na

K

Mg

Cl

Natronobacterium • Halofílico e alcalifílico

• pH de 9 a 11

Natronomonas

Haloquadratum

• 0,15 µm

• Células quadradas

• Vesículas gasosas – flutuação

• Móveis

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

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Methanococcus jannaschii

• 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

Hipertermófilos Thermoplasmatales

• Não possuem parede celular (Thermoplasma e Ferroplasma)

• Termofílicos extremos

• Dentre os micro-organismos mais acidofílicos

Thermoplasma

• 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

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ +2SO42- + 16H+

Picrophilus

• 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%)

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

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• Pyrococcus

• Morfologia e metabolismo similares a Thermococcus

• Crescimento ideal 100°C (70°C a 106°C)

• 0,8 a 2 µm

Methanopyrus

• 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

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

Archaeoglobus

Ferroglobus

Nanoarchaeum equitans

Nanoarchaeota – apenas DNA – Euryarchaeota???

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

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Sulfolobus

Vulcânicos

Sulfolobales

• 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

Acidianus

Thermoproteales

• Thermoproteus e Thermofilum

• Anaeróbios estritos

• Bacilares ou filamentos

• Extremamente sensíveis a oxigênio (como os metanogênicos)

• Quimiolitotrofico (H2) ou quimiorganotrófico

•Pyrobaculum

• Alguns são aeróbios

• Bacilar

• Fendas hidrotermais

• Crescimento ótimo a 100°C

Thermoproteus

Pyrobaculum Thermofilum

Pyrodictium

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

Pyrolobus

• Desulfurococcus

• Crescimento ótimo: 85°C

• Anaeróbio estrito

• 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

Desulfurococcus

Ignicoccus

Staphylothermus

Não termofílicos (Crenarchaeota e Euryarchaeota)

• Detectado DNA de Archaea em ambientes diversos

• Planctônicos / associados a partículas

• Importantes no ciclo do C

Korarchaeota – apenas DNA

• Fontes hidrotermais terrestres