TEÓRICA 1 DOCENTES: Prof. Helena Galvão (responsável – componente teórico) Prof. Margarida Reis (componente prático) Programa 1. Aula Teórica 1.1 Conceitos e definições 1.2 Dominíos de Woese e 8 novos reinos de CavalierSmith vs 5 reinos de Whittaker 1.3 Comparação procariota vs eucariota (estrutura & função) 1.4 Comparação arquiobactérias vs eubactéria (filogenia, parede celular, habitats, metabolismo) 1.5 Diversidade genética de eubactérias; classificação baseada em sequenciamento do 16S ARNr 5 Reinos de Whittaker (1969) PROBLEMAS NA CLASSIFICAÇÃO de WHITTAKER Arquiobacterias não estão incluídas no reino Monera Reinos Protista e Fungi contêm demasiada heterogeneidade genética Fronteiras mal definidas entre os reinos Protista, Fungi e Plantae Não reconhece relações filogenéticas baseadas em características genótipicas, mas usa apenas características fenótipicas Domínios de Woese Ancestral comum ? Arvore da vida definida por Carl Woese (1990) na qual existem 3 linhas filogenéticas ou “domínios” de vida: Bacteria, Archaea e Eucarya . N.B. Filogenia das eubactérias antecede a das arquiobactérias 8 Novos Reinos cf. Cavalier-Smith (1993) 3 Domínios: 8 Reinos: Novos Reinos 6/4/2008 6 Diversidade do mundo microbiano Grandes diferenças entre procariotas e eucariotas Diferencas na composição da parede celular das Archaeas e entre eubactérias Gram (+) e (-) Características dos grupos de arquiobactérias Enorme diversidade das eubactérias com filogenia mais antiga; novas famílias/grupos baseados em sequenciamento do 16s ARNr Grande diversidade metabólica das eubactéria Características dos grupos funcionais de bactérias fotossintéticas, quimioautotróficas e heterotróficas 6/4/2008 7 Comparação entre procariotas e eucarotas Prescott et al. 1996 Eubacterias vs arquiobacterias Ancestral comum é um procariota termófilo extremo Linhagem das Eubacterias mais antiga que a das arquiobactérias; linhagens de eucariotas e arquiobacterias são mais próximas (eg. ambas contêm intrões ). Arquiobactérias desenvolveram-se segundo um relógio evolucionário mais lento, portanto permaneceram basicamente inalteradas retendo características semelhantes desde a sua origem, ditas “primitivas” Arquiobacteria possuem paredes celulares compostas por pseudomureina, proteinas e polissacarídeos complexos. O género Thermoplasma não tem parede celular. Diferenças na estrutura lipíca da membrana celular com cadeias ramificadas de hidrocarbonetos ligados ao glicerol por ligações eteres em vez de ácidos gordos ligados por ésteres (eucariotas e eubactérias). Colonizam habitats extremos. O grupo Crenarchaeota constituído por termófilas extremas ocorre em fontes termais, enquanto o grupo Euryarchaeota inclui halófilas extremas que habitam águas hipersalinas e também metanogénicas que colonizam camadas mais fundas de sedimentos anóxicos e outros ambientes desprovidos de oxigénio (ex. Mar Negro, rúmen de bovinos, biodigestores anaeróbios). Foram descobertas recentemente populações de arquiobactérias halófilas moderadas em águas do Antarctico e em camadas fundas frias do Pacífico, constituindo até 35% da biomassa planctónica.). Arquiobactérias halófilas extremas Arquiobactérias metanogénicas a) Methanospirillum hungatei; phase contrast (X2,000) b) Methanobrevibacter smithii; TEM (X6,000) c) Methanosarcina barkeri ; TEM (X6,000) d) Methanosarcina mazei; SEM (bar ra 5 um) e) Methanogenium marisnigri; TEM (X45,000) Eubactérias Gram (+) vs Gram (-) Parede celular Gram (+): • Camada única espessa do heteropolímero peptidoglicano (40-90% peso seco) • Cadeias de ácidos lipoteicoicos e teicoicos mantêm a estrutura rígida e a parede ancorada na membrana celular Parede celular Gram (-): • Estrutura mais complexa com mais camadas; camada fina de peptidoglicano (5-10% do peso seco) • Espaço periplasmático contem exoenzimas que hidrolisam macrómoléculas orgânicas no exteriorer – adaptação ao meio aquático • Membrane externa com lipopolisaccarídios N.B. Peptidoglicano/mureina: Heteropolímero constituído por of N-acetylglucosamina (NAG) alternando com N-acetyl-ácido muramico (NAM) unidos por ligações glicosídicas Diversidade genética nas eubactérias N.B. Comprimento dos ramos é proporcional à distância evolutiva entre grupos. Baseada em comparações de sequências de 16S ARNr ( C. Woese 1987) Características de grupos de eubactérias • Aquifex/Hydrogenobacter : grupo mais antigo de hipertermófilas • Thermotoga: Hipertermófilass colonizam sedimentos nas fissuras hidrotermais • Micrococos radioresistentes: Gram (+) cocos da família Deinococcaceae • Bactérias verdes não-súlfureas: bactérias pigmentadas não-fotossintéticas contendo bacterioclorofilas • Bactérias verdes sulfúreas: família Chlorobiaceae de bactérias fotossintéticas anoxigénicas contendo bacterioclorofilas • Chlamydiae. Parasitas intracelulares com parede celular sem peptidoglicano • Bacteroides, flavobacteria & outros: Grupo morfológicamente diverso incluindo filamentos deslizantes de Cytophagales, Flexibacter e Fusobacterium • Planctomyces: bactérias gemulantes com par. cel. sem peptidoglicano • Espiroquetas: Bactérias filamentosas espiraladas Gram (-) Caracteristicas de grupos de eubactérias (cont) • Cyanobactérias: Bactérias fotossintéticas oxigénicas Gram (-) incluem formas croococoides unicelulares e filamentosas capazes de fixar azoto em estruturas especializadas ou heteroquistos • Bactérias Gram (-) incluindo proteobactérias, bactérias púrpuras súlfureas anoxifotogénicas e outras não-fotossintéticas: - Alpha subdivisão: Agrobacter, Caulobacter, bac. metófiilicas e nitrificantes, bac. púrpuras não-sulfúreas, rizobactérias e Rickettsia - Beta subdivisão: Alcaligenes, Leptothrix, Neisseria, Pseudomonas, Spirillum, Thiobacillus e outros géneros - Gamma subdivisão: Azotobacter, Beggiatoa , Chromatium, bac. entéricas, Legionella, Pasteurella, Vibrio, bactérias púrpuras súlfureas e outras - Delta subdisão: Bdellovibrio, Desulfovibrio e outras sulfatoredutoras, mixobacterias (bac. deslizantes com estruturas frutíferas dos solos) - Epsilon subdivisão: Campylobacter, Wolinella • Eubacteria Gram (+) e micoplasmas: grupo de Actinomicetos com teor G+C elevado (eg. Arthrobacter, Corynebacterium, Nocardia, Streptomyces); grupo com teor G+C baixo (eg. Bacillus, Lactobacillus, Enterococcus, Listeria, Clostridium, Staphylococcus, Streptococcus).