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
1- Archaebactéria e
bactéria, os famosos
procariotos
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.
Archaeabactéria
/Bacteria
Eukarya
membrana nuclear
ausente
presente
genomas
cromossos circulares
únicos
cromossomos
lineares múltiplos
mitose
ausente
presente
membranas
internas
ausente
presente
tamanho
1-5 µ
Maior que 20µ
organelas
ausente
presente
ploidia
haplóide
diplóide
2- O Plano básico das células Procariotas
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.
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.
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.
3.1- Classificação das Bactérias
As bactérias classificam-se morfologicamente de acordo com a
forma da célula e com o grau de agregação.
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.
Staphylococcus aureus: Cocos grampositivos de importância médica.
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 CO2 atmosférico
através de um processo fotossintético.
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
3.2 A importância das bactérias
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.
Diversidade das Bactérias
a)Bacilus subtilus
b)Vibrio colerae – Coléra
c)Micobacteryum tubercolosisTuberculose
d)Bacilus anthracis - Antracnose
e)Leptospiran interogans – Leptospirose
f)Lactococus Latis
g) Deinococus radiodurans
h)Borrelia burgdofferri
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
Halobacteria sp. estirpe NRC-1,
Archaea como um sub-reino dentro do Reino
cada célula com 5 μm de comprimento.
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.
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.
Archaea foram detectados primeiramente em ambientes
extremos, tais como em fontes hidrotermais.
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.
4.1 – Um novo domínio
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 ἀρχαῖα, 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.
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.
Proposta de classificação dos archaea baseada em comparação de
sequências de genes ribossomais dos mesmos.
Os ARMAN são um grupo de archaea
recentemente descobertos.