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Universidade Federal do Espírito Santo Centro Universitário Norte do Espírito Santo ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIDA AULA 6: Biologia e Classificação de Bacteria.

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1 Universidade Federal do Espírito Santo Centro Universitário Norte do Espírito Santo ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIDA AULA 6: Biologia e Classificação de Bacteria e Archaeabacteria Vander Calmon Tosta Luiz Fernando Duboc

2 As bacterias e archaebactérias são organismos que seguindo a classificação dos cinco reinos, formam em conjunto o reino Monera, ou seja os procariotos unicelulares. Antes do trabalho de Woese, na década de 70, as archaeabactérias eram organismos desconhecidos e, portanto, os monera compreendiam tão e somente as bacterias. As bactérias e archaea compartilham uma série de caracteres que as excluem dos eucariotos. Estes caracteres são: membrana nuclear, genoma, mitose/meiose, introns, citoesqueleto formado por microtubulos. presença de membrana interna, tamanho, organelas e ploidia. 1- Archaebactéria e bactéria, os famosos procariotos

3 Archaeabactéria /BacteriaEukarya membrana nuclearausentepresente genomascromossos circulares únicos cromossomos lineares múltiplos mitoseausentepresente membranas internas ausentepresente tamanho1-5 µ Maior que 20 µ organelasausentepresente ploidia haplóidediplóide

4 2- O Plano básico das células Procariotas

5 Escherichia coli, a célula mais estudada entre todos os organismos vivos, exemplificando as células procariotas As células procariotas caracterizam-se pela sua simplicidade estrutural. Ao contrário das eucariotas, não possuem uma membrana a envolver o seu material genético, separando-o do citoplasma. Os seres vivos formados por estas células são sempre unicelulares, podendo, em vários casos, agrupar-se em colónias. Estes seres denominam-se procariontes, pertencem em exclusivo ao reino Monera que compreende, principalmente, as bactérias, e algumas cianobactérias ou algas azuis. Devido à sua simplicidade estrutural e rapidez de multiplicação, a bactéria Escherichia coli é o ser procarionte mais bem estudado. Ela tem forma de bastonete, possuindo uma membrana plasmática semelhante à das células eucariotas. Por fora dessa membrana existe uma parede celular rígida, com 20nm de espessura, constituída por um complexo de proteínas e glicosaminoglicanas, cuja função é proteger a bactéria das ações mecânicas.

6 No citoplasma da E.coli existem ribossomos ligados a moléculas de mRNA, constituindo polirribossomas. O nucleóide é uma estrutura que possui dois ou mais cromossomas (DNA) idênticos circulares, presos a diferentes pontos da membrana plasmática. Podem ocorrer, também, filamentos de DNA mais pequenos designados plasmídeos. As células procariontes não se dividem por mitose e os seus filamentos de DNA não sofrem o processo de condensação que leva à formação de cromossomos visíveis ao microscópio óptico, durante a divisão celular. Em alguns casos, a membrana plasmática invagina-se, dando origem a estruturas denominadas mesossomos. Diferente das células eucariotas, as procariotas não possuem um citoesqueleto (responsável pelo movimento e forma das células). A forma simples das células procariotas, que em geral é esférica ou em bastonete, é mantida pela parede celular, sintetizada no citoplasma e agregada à superfície externa da membrana celular. Algumas bactérias, como é o caso da E.coli, apresentam flagelos que lhes permitem a locomoção.

7 3- As bactérias originais, Eubactérias ou simplesmente Bactérias Bactérias (do grego bakteria, bastão) são organismos unicelulares, procariontes, que podem ser encontrados na forma isolada ou em colônias e pertencem ao Reino Monera. São microorganismos constituídos por uma célula, sem núcleo celular envolvido pela membrana nuclear ou carioteca nem organelas membranares. As bactérias foram descobertas por Antoni van Lewenhoeck em 1863 que as chamou de animálculos, considerando que fossem pequenos animais. Apesar da denominação animálculos as bactérias foram inicialmente classificadas entre as plantas; em 1894, Ernst Haeckel incluiu-as no reino Protista e actualmente as bactérias compõem um dos três domínios do sistema de classificação cladístico. Vulgarmente, utiliza-se o termo "bactéria" para designar também as archaebactérias, que actualmente constituem um domínio separado. As cianobactérias (as "algas azuis") são consideradas dentro do domínio Bactéria Classificação das Bactérias As bactérias classificam-se morfologicamente de acordo com a forma da célula e com o grau de agregação.

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9 Bactérias Gram-Positivas e Gram-Negativas A distinção de bactérias em dois grandes grupos sem se preocupar com a ancestralidade comum e, portanto, com a filogenia, é feita tendo como base uma técnica de coloração desenvolvida pelo microbiologista dinamarquês Hans Christian Gram. Quando a parede celular de uma bactéria tem uma camada espessa de peptidoglicanos, as células se tingem de cor púrpura ou azul quando fixadas com violeta-cristal (uma preparação conhecida como técnica de Gram), e denominam-se bactérias "Gram-positivas". "Gram-negativas" tingem de vermelho com a técnica de Gram, por conterem uma camada de lipídios no exterior da parede celular, então sua parede celular é composta por uma camada de peptidoglicanos e lipídios que ficam mais externos, por isso na hora da coloração há uma diferenciação na coloração, pois durante o processo de coloração o lipídio dissolve e solta a cor do cristal violeta, dando-lhe apenas a coloração vermelha. Muitos antibióticos, incluindo a penicilina e seus derivados, atacam especificamente a parede celular das bactérias Gram-positivas, inibindo as enzimas transpeptidase e carboxipeptidase, responsáveis pela síntese dos peptidoglicanos.

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11 Staphylococcus aureus: Cocos gram- positivos de importância médica.

12 Actinobacteria Aquificae Bacteroidetes/Chlorobi Chlamydiae/Verrucomicrobia Chloroflexi Chloroxybacteria Chrysiogenetes Cyanobacteria Deferribacteres Deinococcus-Thermus Dictyoglomi Fibrobacteres/Acidobacteria Firmicutes Fusobacteria Gemmatimonadetes Nitrospirae Omnibacteria Planctomycetes Proteobacteria Spirochaetes Thermodesulfobacteria Thermomicrobia Thermotogae As Bactérias segundo a classificação dos cinco reinos fazem parte do Reino Monera, sub-reino Eubactéria, contrastando com o sub-reino Archaeabactéria. O sub-reino eubactéria, ou o domínio bactéria se considerarmos a classificação de Woese, é composto por todos os filos ao lado. Os filos bacterianos são definidos levando em consideração dois pârametros principais: fontes de carbono e fontes de energia; ou seja o metabolismos desses organismos muitas vezes é o fator utilizado para agrupá-los. Por exemplo, as cyanobacterias são bactérias fotoautotróficas que fixam carbono retirado do CO 2 atmosférico através de um processo fotossintético.

13 Os vários tipos de bactérias podem ser prejudiciais ou úteis para o meio ambiente e para os seres vivos. O papel das bactérias na saúde, como agentes infecciosos, é bem conhecido: o tétano, a febre tifóide, a pneumonia, a sífilis, a cólera e tuberculose são apenas alguns exemplos. Nas plantas, as bactérias podem também causar doenças. O modo de infecção inclui o contacto direto com material infectado, pelo ar, comida, água e por insetos. A maior parte das infecções pode ser tratada com antibióticos e as medidas anti-sépticas podem evitar muitas infecções bacterianas, por exemplo, fervendo a água antes de tomar, lavar alimentos frescos ou passar álcool numa ferida. A esterilização dos instrumentos cirúrgicos ou dentários é feita para os livrar de qualquer agente patogênico. No entanto, muitas bactérias são simbiontes do organismo humano e de outros animais como, por exemplo, as que vivem no intestino ajudando na digestão e evitando a proliferação de micróbios patogênicos.No solo existem muitos microorganismos que trabalham na transformação dos compostos de nitrogênio em formas que possam ser utilizadas pelas plantas e muitos são bactérias que vivem na rizosfera (a zona que inclui a superfície da raiz e o solo que a ela adere). Algumas destas bactérias – as nitrobactérias - podem usar o nitrogénio do ar e convertê-lo em compostos úteis para as plantas, um processo denominado fixação do nitrogênio. Existem ainda várias espécies de bactérias usadas na preparação de comidas ou bebidas fermentadas, incluindo queijos, pickles, molho de soja, sauerkraut (ou chucrute), vinagre, vinho e iogurte. Com técnicas da biotecnologia foram já criadas bactérias capazes de produzir drogas terapêuticas, como a insulina e para a biodegradação de lixos tóxicos, incluindo derrames de hidrocarbonetos. As bactérias decompositoras atuam na decomposição do lixo, sendo essenciais para tal tarefa. 3.2 A importância das bactérias

14 Diversidade das Bactérias a)Bacilus subtilus b)Vibrio colerae – Coléra c)Micobacteryum tubercolosis- Tuberculose d)Bacilus anthracis - Antracnose e)Leptospiran interogans – Leptospirose f)Lactococus Latis g) Deinococus radiodurans h)Borrelia burgdofferri

15 Halobacteria sp. estirpe NRC-1, cada célula com 5 μm de comprimento. 4- As Archaeabactérias Originalmente o termo Archaebacteria (do latim: bactéria primitiva; em português: arqueobactéria) era usado para descrever esses organismos, e o termo Eubacteria (do latim: bactéria verdadeira; em português: eubactéria) era usado para os demais seres procariotas. A tendência atual, devido às diferenças estruturais, é utilizar Bacteria ("bactéria" em latim) apenas para os antigos Eubacteria, ajustando-se os nomes. O Archaea pode ser tratado como um reino, dentro do domínio Procariota, ou como um domínio. Alguns autores ainda classificam o Archaea como um sub-reino dentro do Reino Monera. As arquebactérias são semelhantes às bactérias em muitos aspectos da estrutura celular – o mais importante dos quais é a ausência de um núcleo celular diferenciado - e metabolismo, mas apresentam diferenças importantes como, por exemplo, os processos de transcrição do DNA e da síntese proteica que são idênticos aos dos eucariotas.

16 As archaeabactérias prevalecem em ambientes hostis aos demais seres *Algumas espécies de Archaea (Halobacteria), produzem energia a partir da luz, por uma estrutura celular chamada bacteriorrodopsina. *Outras vivem em fumarolas nas profundezas do oceano, sendo a base da vida destes ambientes, como as plantas são em terra. *Há ainda aquelas que vivem no trato intestinal de vários animais, produzindo metano.

17 Archaea foram detectados primeiramente em ambientes extremos, tais como em fontes hidrotermais.

18 A célula dos archaea apresentam cadeias de isopreno na constituição das suas membranas citoplasmáticas o que torna suas células completamente diferente das células dos outros procariotos e das células eucarióticas. Esta estruturação da membrana permite a vida destes seres em locais tão inóspitos.

19 Cedo no século XX, os procariotas eram vistos como um singular grupo de organismos e eram classificados com base na sua bioquímica, morfologia e metabolismo. Por exemplo, os microbiologistas tentaram classificar os microorganismos com base nas estruturas das suas paredes celulares (bactérias gram positivas e gram negativas), nas suas formas e nas substâncias que consumiam (fotoautotróficas, quimioautotróficas, etc.). No entanto, uma nova abordagem foi proposta em 1965, usando as sequências dos genes destes organismos para decifrar quais procariotas eram genuinamente relacionados uns com os outros. Esta abordagem, conhecida como filogenética, é o principal método usado hoje em dia. Archaea foram primeiro classificados como um grupo separado de procariotas em 1977, por Carl Woese e George E. Fox em árvores filogenéticas baseadas em sequências de genes de RNA ribossomal. Os dois grupos encontrados foram nomeados de Archaebacteria e Eubacteria e tratados como reinos ou subreinos, que Woese e Fox denominaram Urkingdoms. Woese argumentava que este grupo de procariotas era uma forma de vida fundamentalmente diferente. Para enfatizar esta diferença, estes dois domínios foram mais tarde renomeados de Archaea e Bacteria. A palavra archaea vem do grego antigo ρχα α, que significa coisas antigas. Ao princípio, apenas os metanogénicos foram colocados neste novo domínio, e as archaea eram vistos como extremófilos que existiam apenas em habitats como fontes hidrotermais de lagos salgados. Para o fim do século XX, os microbiologistas perceberam que as archaea eram um grande e diverso grupo de organismos que tinham uma vasta distribuição na natureza e eram comuns em habitats nã tão extremos, tal como em solos e oceanos. 4.1 – Um novo domínio

20 A classificação das Archaea, e dos procariotas em geral, é um campo de rápida evolução e contencioso. Os atuais sistemas de classificação pretendem organizar as archaea em grupos de organismos que partilham caracteres estruturais e ancestrais comuns. Estas classificações apoiam-se grandemente nas sequências de genes de RNA ribossomal para revelar as relações entre organismos (filogenética molelular). A maioria das espécies de archaea cultiváveis e bem investigadas são membros de dois filos principais, os Euryarchaeota e os Crenarchaeota. Outros grupos foram tentativamente criados. Por exemplo, à espécie peculiar Nanoarchaeum equitans, que foi descoberta em 2003, foi-lhe dado e seu próprio filo, os Nanoarchaeota. Um novo filo, os Korarchaeota, foi também proposto, contendo um pequeno grupo de espécies termofílicas pouco usuais, que partilham caracteres de ambos os filos principais, mas que é mais relacionado com os Crenarchaeota. Outras espécies detectadas recentemente são apenas relacionadas de maneira distante com algum destes grupos, tais como os Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms (ARMAN), descobertos em 2006.

21 Proposta de classificação dos archaea baseada em comparação de sequências de genes ribossomais dos mesmos.

22 Os ARMAN são um grupo de archaea recentemente descobertos.


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