Thermococcus gammatolerans — um flagelados archaeon que prospera em quente, oxigênio sedenta de águas. Repara no tufo de flagella. Este micróbio vive em água mais quente do que cerca de 160F. Creative Commons Angels Tapias. Clique na imagem para obter licença e link.
na década de 1970, um cientista obscuro chamado Carl Woese (pronunciado “desgosto”) estava trabalhando em algo aparentemente bastante mundano: encontrar uma maneira de classificar bactérias.embora possa parecer uma tarefa simples, as bactérias resistiram obstinadamente a todas as tentativas anteriores. O método tradicional — olhando para as diferenças na aparência, estrutura, metabolismo e tipo de olhar para ele — falhou. As bactérias muitas vezes são muito parecidas, independentemente da sua verdadeira relação evolutiva.os grandes nomes da microbiologia tinham desistido do problema há muito tempo. Mas o Woese teve uma ideia.: e se as bactérias pudessem ser cientificamente classificadas usando o seu material genético, como expresso no ARN que compunha os seus ribossomas, as unidades de produção de proteínas da célula? A maioria das mutações de ARN ribossômico são catastróficas para a descendência que as herda, dada a importância crítica dos ribossomas para manter uma célula viva, e assim as alterações no ARN ribossômico acontecem apenas raramente. Mas ao longo dos vários bilhões de anos de existência de vida microbiana na terra, elas acontecem, tornando esta molécula um alvo promissor para julgar as relações que se estendem no tempo profundo.
Depois de uma década ou assim meticulosamente clivagem do RNA ribossomal em pequenos pedaços e olhando para estes ordenados de bits de filmes fotográficos cortada para caixas de luz — incontáveis horas de tédio alimentada pelo Dr. Pepper e ataques em uma queixo-bar — Woese estava bem em seu caminho para fazer um bacterianas árvore de família.então, algo inesperado aconteceu. Um colega chamado Ralph Wolfe sugeriu que tentasse o seu método num grupo incomum de bactérias que produziam metano. Embora eles vieram em uma variedade de formas Tipo Massa, sua bioquímica e metabolismo pareciam iguais. Este excerto de um artigo científico de 1997 de Virginia Morell capta o choque do que aconteceu a seguir:
mas quando Woese estudou suas sequências, os metanógenos não se registraram como bactérias. “Eles estavam completamente perdendo as sequências de oligonucleótidos que eu tinha vindo a reconhecer como característica das bactérias”, explica. Pensando que a amostra tinha sido contaminada, ele fez uma nova. “E foi quando o Carl desceu o corredor, abanando a cabeça”, diz Wolfe. “Ele disse-me, Wolfe, estas coisas nem sequer são bactérias. E eu disse: “Agora, Acalma-te, Carl.; Saia de órbita. Claro que são bactérias, parecem bactérias. Mas, como Woese agora sabia, a morfologia em bactérias não significou nada. Só as moléculas contaram a história. E as moléculas proclamavam que os metanógenos não eram como qualquer outro procariote ou eucariote—eles eram algo para si mesmos, um terceiro ramo da vida.
Carl Woese em 2004. Creative Commons Don Hamerman. Clique na imagem para obter a licença e o código.Wolfe, estas coisas nem são bactérias.”Quando li essa frase, senti um arrepio na coluna. Apenas algumas pessoas na terra podem experimentar uma espécie de momento de levantar véu dessa magnitude — Einstein, Newton, Kepler, etc. mas o humilde Carl Woese era outro. Ele tinha tropeçado em um admirável mundo novo de micróbios que se pareciam com bactérias para nossos olhos, mas eram de fato tão únicos bioquímica e fisicamente que eles finalmente se mostraram mais próximos a nós do que a eles. Ele tropeçou numa forma de vida totalmente nova, aqui mesmo na Terra.Carl Woese morreu em Dezembro. 30. Woese permanece pouco conhecido, mesmo entre biólogos não microbianos,mas particularmente entre o público. Ele suportou uma década ou mais de ceticismo, ridicularização e ostracismo antes de suas observações foram aceitas e foi profundamente ferido pela reação inicial; você pode e deve ler mais sobre isso na história da ciência característica que eu excerpted acima (pay access required). Nos últimos anos, alguns — incluindo o Conselho editorial da Nature Reviews Microbiology — pressionaram Woese a receber o Prêmio Nobel por suas contribuições. Isso nunca vai acontecer.
mas Woese não é o único herói desconhecido nesta história**. Os organismos que ele revelou-a archaea – são criaturas fascinantes e abundantes, mas raramente são discutidos em profundidade, mesmo dentro dos limites das classes de Microbiologia. É uma pena. Archaea está em toda parte — em aberturas de mar profundo, em flats salgados, no gelo, na água do mar, no solo, e em você. E merecem melhor publicidade.considere os seguintes pontos intrigantes sobre o terceiro domínio:Archaea faz DNA e RNA de formas que se parecem conosco — o que implica uma coisa interessante em muitos aspectos, archaea se parece mais Conosco do que bactérias — mas você tem que olhar de perto para vê-la. “Us” seriam os eucariotas, as formas de vida que abrigam seu DNA em pacotes chamados núcleos (entre muitos outros traços). O grupo inclui praticamente tudo, exceto archaea e bactérias.Archaea possui polimerases de DNA e RNA — enzimas que replicam DNA e RNA — que se parecem com versões mais simples das encontradas em eucariotas. E seus cromossomos circulares únicos podem ter mais de uma origem de replicação, como eucariontes, mas ao contrário de bactérias.
A fim de condensar o seu ADN o suficiente para caber dentro de uma célula, as bactérias usam uma proteína chamada girase para torcer o seu ADN em bobinas. Archaea também faz isso, mas eles também embrulham seu DNA em torno de proteínas chamadas histonas que, novamente, parecem versões mais simples das histonas em torno das quais eucariotas embrulham seu DNA. Tanto quanto sei, as bactérias não possuem histonas.
Estas atraentes semelhanças — do que há de mais profundo em bioquímica de plantas daninhas que eu estou omitindo-se para o espaço-entre bactérias e células eucarióticas levou alguns a sugerir que, além de o bacterianas absorção/simbiose que criou as mitocôndrias e os cloroplastos, alguns outros mais misterioso simbiose ou chimerism pode ter ocorrido entre um antigo archaeon e bactéria para produzir o primeiro proto-células eucarióticas. Ou pode sugerir que eucariotas, na verdade, evoluíram da archaea. Trata-se de uma ideia extremamente debatida, para a qual irão ver mais provas a seguir.
de Bactérias Exterior Revestimentos São Diferente de Qualquer outra Coisa na Terra
Bacteriana e eucarióticas lípidos da membrana compartilham a mesma estrutura geral (segundo a partir do topo molécula abaixo): um grupo fosfato (verde) ligado a um glicerol (vermelho) formam a cabeça de lipídios, enquanto dois ácidos graxos da cauda (rosa). Além disso, tal como as bactérias, as cabeças de glicerol dos nossos lípidos estão ligadas às suas caudas de ácidos gordos com ligações ester (amarelas).
os lípidos da membrana Archaeal parecem muito, muito diferentes das bactérias e dos eucariotas (molécula superior, acima). Archaea have tails built of units of the branched chemical isoprene instead of fatty acids, and their 20-carbon tails are called phytanyl groups (I nominate phytanyl for Vowel Efficient Word of the Week). Estas caudas lipídicas podem ser ramificadas de formas ainda mais complexas do que mostradas acima ou até mesmo incorporar anéis(ver abaixo) — formas loucas que lipídios bacterianos e eucarióticos de membrana nunca assumem, tanto quanto eu sei.
Crenarchaeol, uma membrana monolayer ringed, ramificada lipid from an archaeon. Publico.
suas caudas de fitanilo são principalmente ligadas aos seus gliceróis usando éter, não éster, ligações (ver 2, acima), que resistem à destruição melhor do que ésteres. E os seus gliceróis têm uma handedness oposta aos gliceróis nos nossos lípidos de membrana (note mirror orientation in the bacterian and archaeal lipids in figure).
handedness Molecular — chirality in chemistry-speak — is not a thing changed easily by evolution. Por exemplo, a grande maioria dos blocos de construção de proteínas chamados aminoácidos utilizados pela vida na terra são exclusivamente canhotos. Por quê? Ninguém realmente sabe, embora alguns tenham suposições. Uma vez que os aminoácidos lefty assumiram, no entanto, não havia retorno bioquímico — as enzimas foram configuradas de uma certa forma e foi isso. Assim, que as enzimas arcaicas e bacterianas usam gliceróis com handedness oposto implica que as bactérias e archaea se separaram muito, muito tempo atrás.alguns lípidos arcaicos têm uma propriedade que raramente ou nunca é vista em bactérias ou eucariotas. Bactérias e eucariontes têm membranas feitas de bilayers lipídicos que fluem entre si (#9). Mas as caudas de fitanilo archaeal podem ser ligadas covalentemente umas às outras para formar um monolayer lipídico (ver #10 e a imagem de crenarchaeol acima).Duas cabeças, um corpo, uma membrana Hidra.
as caudas de fitanilo ramificadas e reticuladas e as monocamadoras lipídicas parecem ser adaptações às temperaturas escaldantes. Eles podem ajudar a prevenir a fuga de membrana ou o descasque de uma camada na água e, muitas vezes, infernos ácidos em que vivem archaea hipertermofílica.pode também observar que, ao contrário da maioria das nossas máquinas genéticas e de produção de proteínas, os nossos lípidos assemelham-se muito mais a bactérias do que a archaea. Isso também é prova de um quimerismo antigo?nunca foram encontradas archaea obviamente parasitária ou patogénica. Isso não quer dizer que não existam. Archaea existia muito antes de os encontrarmos, e agora vemos que eles estão em toda parte. Mais sobre isso num minuto.mas este é um ponto que vale a pena ponderar.): por que razão parece não haver parasitas ou patógenos óbvios neste domínio? Bactérias e eucariotas geraram inúmeros parasitas desagradáveis de sífilis a percevejos a azevinho a trapaceiros Craigslist nigerianos, e para mim parece muito estranho que todo um domínio deva ser desprovido deles.a química archaeal é tão única que não está equipada para viver dentro de organismos superiores? Não, certamente não parece ser esse o caso, como veremos a seguir. Então porque nunca cruzaram para o lado negro? É algo fundamental sobre o metabolismo ou a química deles?
A coisa mais próxima que encontramos a um archaeon potencialmente patogénico ou parasitário é Nanoarchaeum equitans, uma das células mais pequenas do mundo. Ela é encontrada em fontes hidrotermais em todos os lugares do topo dos continentes — como a piscina obsidiana em Yellowstone — até as profundezas dos oceanos — como a crista do meio do oceano perto da Islândia e sob o Oceano Ártico, uma distribuição que vale a pena ponderar sobre o que ela implica.
Onde quer que seja encontrado, vive exclusivamente na superfície de um arceão muito maior, Ignicoccus. Até 10 N. equitans podem cobrir a superfície de um Ignicoccus individual. O nanoarco não pode sintetizar lípidos, a maioria dos nucleótidos (os blocos de construção do DNA e RNA) ou aminoácidos. Deve levá-los (roubá-los? trocá-los?) from Ingnicoccus.mas ao contrário de outros parasitas microbianos, n. equitans tem tudo o necessário para reparar seu próprio DNA e realizar a síntese de DNA, RNA e proteína. Embora claramente não possa viver sem Ignicoccus, se é um simbionte ou um parasita ainda não é claro.esta falta de doenças óbvias também não significa que archaea esteja livre de parasitas ou patógenos. Pelo contrário, muitas coisas consomem archaea, e archaea hospedam todo um espectro de vírus de DNA em forma única (fusos, Canas e teardrops) que prosperam nos mesmos ambientes infernais que podem criar archaea.
Aqui está um archaeon chamado Sulfolobus de uma fonte quente na China ostentando vários vírus de DNA em forma de fuso:
O hyperthermoacidophile archaeon Sulfolobus tengchongensis e seu eixo em forma de parasita, vírus STSV1
A estranha falta de bactérias patogênicos também podem ter contribuído para o Woese dificuldade de ganhar o Nobel. Não é o Prêmio Nobel de Biologia, é o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina. E sem qualquer doença archaeal óbvia, o caso para o seu prémio seria necessariamente indireto.Archaea está em toda parte quando archaea foi revelada ao mundo, eles foram por muitos anos considerados como esquisitos extremófilos. Viviam em locais como Salinas, fontes hidrotermais, piscinas ácidas quentes e pântanos infestados de metano. Não eram micróbios normais.
E, em muitos casos, isso é verdade, de maneiras espantosamente maravilhosas. Descobrimos archaea quadrada e plana que se divide em folhas como selos de correio que vivem em Salinas. Eles usam proteínas chamadas (eroneously, obviamente) bacteriorhodopsinas que são estruturalmente e funcionalmente similares — embora evoluído de forma completamente independente — para a proteína vertebral dos olhos rhodopsina para fazer energia a partir da luz. Outras espécies destas archaea amantes do sal vêm em uma variedade de formas poliédricas, além de quadrados, e às vezes mudam formas entre gerações.
A postage-stamp like sheet of the square cells of Halquadratum walsbyi. Publico. Carregue na imagem para o código.
e depois há a estirpe 121, nomeada pela sua capacidade não só de sobreviver, mas de reproduzir a 121C, a temperatura de morte do equipamento de esterilização laboratorial e médico. Antes de sua descoberta, nenhuma célula foi considerada capaz de sobreviver 15 minutos no anel de temperatura de 121C de autoclaves. A estirpe 121 pode sobreviver a temperaturas até 130C e experiências sugerem que pode haver espécies arcaicas que podem tolerar temperaturas de 140 a 150C. não se esqueça, a água ferve a 100C.
mas archaea é difícil de cultura em laboratório (como são a grande maioria dos micróbios). E se houvesse mais lá fora, escondidos, mais uma vez, à vista de todos?quando começámos a procurar ADN archaeal e não nos preocupávamos em encontrar os corpos, descobrimos os micróbios praticamente para onde quer que olhássemos. Isso inclui lugares “normais” como água do mar e sedimentos oceânicos, solo e o intestino e vagina de mamíferos. Podem representar 40% da biomassa microbiana no oceano aberto (as bactérias ainda superam em número cerca de 3 a 1) e podem representar 20% da biomassa total da Terra. Apesar de sua reputação calorosa, Archaea também estão aparecendo em lugares muito frios, como água do Mar Ártico e gelo.para nossa surpresa, encontramos archaea filamentosa de tamanho super grande quase grande o suficiente para ver a olho nu vivendo em raízes de mangal. Encontrámos archaea metanogénica que interage com protozoários nas entranhas de vacas e térmitas para ajudar estes organismos a decomporem a celulose por energia. Até encontrámos um arceão que vive simbioticamente com … de todas as coisas … uma esponja.sem dúvida, mais criaturas estranhas e maravilhosas aparecerão assim que começarmos a combinar micróbios com suas sequências de DNA — se nos importarmos em olhar.os Prémios Nobel não são atribuídos postumamente, embora tenham feito uma excepção no ano passado, num caso notável.