bioDIVERSIDAD

¿Por qué es importante reconocer la biodiversidad microbiana?

• Rol crítico de los microorganismos en

ciclos biogeoquímicos.

• Presentes en la Tierra hace mucho tiempo.

• Importancia en aspectos clínicos,

industriales y aspectos de tratamiento de

desperdicios.

• Entender límites biológicos.

• Indicadores de condiciones ambientales.

• Potencial biotecnología.

To gain a better understanding of the ecology of important

microorganisms in environmental samples

Main Objectives

1.! Which bacterial are present in a sample? How many

different types?

2.! Which bacteria are active and growing?

3.! Does the microbial community structure influence the

biogeochemical process rates?

4.! Can an understanding of the ecology of microorganisms

help in predicting carbon sequestration or other

biogeochemical change?

Simple questions

Long Term Goals

Unidad Básica: Especie(Sistema binomial, 200 años; Lineo)

• Especie, población donde sus miembros pueden intercambiar genes unos con otros. Los miembros de una especie no pueden intercambiar genes con miembros de otras especies [Jim Smith, Ann. Rev. Ecol. Syst. 21:1-12].

! ...¿qué de especies que se reproducen asexualmente?

• Especie, un grupo de organismos parecidos, y un taxón definido por sus propiedades colectivas del grupo suficientes para distinguir la especie de otros grupos relacionados [Microbial Diversity: Priorities for Research and Infrastructure. Report of a conference held June 15-18, 1992, E. Lan., MI].

! ...¿cómo puede ser definida objetivamente la categoría de especie? ¿qué características pueden ser consideradas como diagnósticas? ¿cuánta diferenciación debe existir entre dos poblaciones antes de que éstas sean reconocidas como especies independientes?

• Especie, homología mayor de 70% DNA-DNA [Bergey's Manual, 1984].

Funciones:

Identificar y describir la unidad taxonómica básica o especie.

Divisar la forma apropiada de catalogar esas unidades.

– Taxonomía numérica - forma para evaluar datos fenotípicos (organismos vs. caracteres).

– Taxonomía polifásica - fenotipos y genotipos.

1.! Clasificación - el arreglo ordenado de unidades a grupos.

2.! Nomenclatura - rotular o nombrar unidades definidas por clasificación.

3.! Identificación - aplicación práctica del arte de clasificación y nomenclatura.

Taxonomía: el arte de la

clasificación biológica

Características utilizadas en

taxonomía microbiana

• Características morfológicasi.! forma

ii. tamaño

iii. motilidad (mótil, no-mótil); flagelo (posición,

número, etc); 'gladding'

iv. inclusiones celulares

v. color

vi. morfología de la colonia

vii. características ultraestructurales

viii. tinciones

Características utilizadas en

taxonomía microbiana

! • Características fisiológicas y metabólicasi. composición de la membrana

ii. composición y estructura de la pared celular

(LPS)

iii. metabolismo energético básico

iv. caracteres nutricionales y metabólicos

v. requisitos nutricionales especiales

vi. susceptibilidad a bacteriófagos

• Características ecológicas

• Análisis genéticos

• Características molecularesi. comparación de proteínas, enzimas, polyaminas

ii. composición de ácidos nucleícos (%G+C)

iii. hibridización de ácidos nucleícos

iv. secuencia de ácidos nucleícos

…taxonomía

• Clasificación fenética - sistema basado en semejanzas generales (e.d., morfología).

• Clasificación filogenética - sistema basado en relaciones evolutivas (desarrollo evolutivo de la especie; valor en términos de predicción).

…taxonomía

Clasificación FenéticaClasificación Fenética

Clasificación Filogenética

http://greengenes.lbl.gov/cgi-bin/nph-index.cgi

• Función universal

• Distribución universal

• Estimado: 1-2% variación en la secuencia cada

50 millones de años

• Fácil de aislar y caracterizar

• Estructura secundaria conocida

• Regiones conservadas y otras variables

• Secuencia comparable con otros organismos

• Banco de datos (RDP, ribosomal data project,

Greengenes, etc.)

Análisis Filogenético16S RNA RibosomalAnálisis Filogenético16S RNA Ribosomal

Resultados:

(características de un cronómetro evolutivo)

• Posición evolutiva relativa (distancia evolutiva).

• Tres linajes distintivos (2 Prokarióticos/1 Eucariótico) Arquea, Bacteria & Eucaria.

• La raiz del árbol de la vida representa una forma ancestral común.

• Arquea & Eucaria son evolutivamente más relacionados.

• Las Arqueas están evolutivamente más cercanas a la forma ancestral (más primitivos).

• Eucariotas están más distanciados de la forma ancestral (menos primitivos).

• Origen termofílico de los seres orgánicos.

Phylum

Categorías

Reino

Filo

Clase

Orden

Familia

Género & Especie

Tres SUPERDOMINIOS(superREINOS):

• Arquea:• Crenarqueota (hipertermofílicas/acidofílicas)

• Euryarqueota (termofílicas, metanogénicas y halofílicas)

• Korarqueota (no-cultivables hasta el momento)

Tres SUPERDOMINIOS(superREINOS):

• Arquea:• Crenarqueota (hipertermofílicas/acidofílicas)

• Euryarqueota (termofílicas, metanogénicas y halofílicas)

• Korarqueota (no-cultivables hasta el momento)

• Bacteria:• 17 linajes distintivos

Tres SUPERDOMINIOS

(superREINOS):

Brock 2000

9th Edition

Décima Edición

Brock: Biology of Microorganisms

Phylums:

Proteobacterias (5 subdiviciones)

Bacterias Gram Positivas (Low GC/High GC)

Cianobacterias

Clamidias

Planctomicetos/Pirellula

Verrucomicrobia

Flavobacteria

Citofagales

Bacterias verdes sulfurosas

Espiroquetas

Deinococcales

Bacterias verdes no-sulfurosas

Termofílicas (Thermatoga, Thermodesulfobacterium, Aquifex)

Nitrospira

Deferribacter

• Arquea:• Crenarqueota (hipertermofílicas/acidofílicas)

• Euryarqueota (termofílicas, metanogénicas y halofílicas)

• Korarqueota (no-cultivables hasta el momento)

• Bacteria:• 12 linajes distintivos

• Eucaria:• Protistas

• Hongos

• Plantas

• Animales

Tres SUPERDOMINIOS

(superREINOS):

Características Bacteria Arquea Eucaria

Estructura celular prokarióticaDNA circularNúcleo rodeado por membranasPared celularLípidos de la membranaAcidos grasos membranaRibosomasIniciador tRNA

Intrones en los genes de tRNAIntrones en la mayoría de genesOperonesPlásmidosRibosomas sensitivos a toxina difteriaSensitividad: cloroamfenicol,

kanamacina y estreptomicinaMetanogénesisReducción de S° a H2SNitrificaciónDenitrificaciónFijación de nitrógenoFotosíntesis vía clorofilasQuimiolitotrofíaVesículas de gas

SíSíNo

MureínaEsterLineal70S

Formil-metionina

NoNoSíSíNoSí

NoSíSíSíSíSíSíSí

SíSíNo

No-mureínaEter

Ramificados70S

Metionina

SíNoSíSíSíNo

SíSíNoSíSíNoSíSí

NoNoSí

No-mureínaEsterLineal

80S & 70SMetionina

SíSíNo

RarosSíNo

NoNoNoNoNoSíNoNo