Dominio Archaea

Illustrazione Archaeas

Cos'è il dominio archaea?

Lui Dominio Archaea O Archaea Kingdom rappresenta uno dei tre domini della vita. È composto da organismi unicellulari microscopici molto simili e allo stesso tempo molto diverso dai batteri ed eucarioti in molti aspetti.

L'esistenza di questo gruppo è stata dimostrata di recente, più o meno alla fine del 1970, chiamati anche archeobatteri.

Gli studi WOEE e collaboratori erano basati su analisi filogenetiche comparative tra le sequenze di RNA ribosomiale di tutti gli esseri viventi e la nozione di tre domini viene mantenuta, nonostante l'immensa quantità di sequenze che continuano ad essere aggiunte ai cataloghi dell'RNA ribosomiale (database).

Questi studi sono riusciti a intravedere la possibilità che gli archi siano un gruppo fratello degli eucarioti, nonostante le loro somiglianze con i loro procarioti (batteri), in modo che possano rappresentare il "legame perso" tra procarioti ed eucarioti.

Si ritiene che questi microrganismi rappresentino oltre il 20% di tutti i procarioti esistenti nelle acque oceaniche, tra l'1 e il 5% nei suoli e il gruppo più dominante nei sedimenti marini e negli habitat geotermici.

Gli archi sono caratterizzati dall'abitazione in condizioni "estreme" come sorgenti calde, saline, ambienti con temperature molto elevate e pH molto acido, siti inospitali in cui la concentrazione di ossigeno è molto ridotta o nulla, ecc.

Origine evolutiva e rElacie filogenetiche

Ci sono tre teorie sulla possibile origine dei tre settori della vita proposti da Woese e collaboratori:

1. I batteri si sono diffusi prima, formando un lignaggio che ha prodotto archi ed eucarioti
2. Un lignaggio "proto-eucariotico" si discostava da un lignaggio completamente provetico (quello di batteri e archi)
3. Gli archi divergenti di un lignaggio che in seguito hanno dato origine a eucarioti e batteri

Nel 1989, due ricercatori, Gogarten e Iwabe, hanno proposto indipendentemente un modo per analizzare filogeneticamente tutti gli organismi viventi (una cosa impossibile da fare dagli studi di sequenze geniche uniche).

Iwabe ha usato l'analisi delle sequenze di geni prodotti in "primi" eventi di duplicazione genica ", radicando" l'albero della vita dal confronto della sequenza dei geni del pappagallo che codificano i fattori di allungamento.

I fattori di allungamento sono proteine ​​leganti GTP che partecipano alla traduzione, in particolare all'unione delle molecole di RNA transfert amioacilated ai ribosomi e alla traslocazione del transfert peptidil.

Secondo i risultati dei confronti tra le sequenze dei tre gruppi, i geni che codificano per i fattori di allungamento negli archi sono più simili a quelli degli organismi eucariotici che a quelli dei batteri.

L'albero della vita

Gogarten, d'altra parte, ha confrontato le sequenze di altri geni prodotti da eventi di duplicazione, in particolare quelli che codificano per le subunità di tipo V e di tipo F dell'enzima ATPasi che si trovano rispettivamente negli archi/eucarioti e nei batteri.

I risultati ottenuti da Gogarten, come quelli sopra indicati, mostrano che questi geni negli archi (che presumibilmente sono emersi da eventi di duplicazione genetica) sono più strettamente correlati agli eucarioti che alle loro controparti batteriche.

Questi argomenti sono stati supportati anche dall'analisi condotta da altri ricercatori molti anni dopo, che hanno usato sequenze di un'altra famiglia di geni duplicati, quello del trasferimento di sintesi di aminoacile, rafforzando la concezione della "vicinanza" tra archi ed eucarioti.

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L'albero woese

L'albero della vita di Woese

Woese ha usato le analisi condotte da Gogarten e Iwabe e altri studi relativi alle sequenze di RNA ribosomiale per proporre la sua "versione" dell'albero della vita, dove è evidente che gli archi ed eucarioti costituiscono gruppi di "fratelli", separati anche dai batteri Sebbene le sequenze di RNA ribosomiale tra archi e batteri siano più simili tra loro.

Caratteristiche del dominio Archaea

Gli archi sono noti per alcune caratteristiche (proprie) molto particolari e anche per la presentazione di "combinazioni" di caratteristiche che una volta pensavano fossero esclusive per i batteri o per gli organismi eucariotici.

- Come batteri, archi Sono agenzie procariotiche, Cioè, all'interno del materiale genetico non è bloccato da una membrana (non hanno nucleo) e non ci sono organelli membrani citoplasmatici.

- Sono generalmente microrganismi simili a quelli dei batteri, il loro DNA è nella forma di a Cromosoma circolare e alcuni frammenti circolari più piccoli noti come Plasmidi.

- Condividono con i batteri la presenza di Enzimi topoisomerasi e tour Simile, che rappresenta l'evidenza "indiretta" della "vicinanza" in termini di struttura cromosomica di entrambi i gruppi di organismi.

- Tuttavia, i geni Archaeas mostrano un grande Omologia con molti eucarioti, Soprattutto con quelli la cui scoperta deriva dagli studi con antibiotici.

- Il macchinario di replica, trascrizione E traduzione di eucarioti e archi è molto simile, specialmente per quanto riguarda l'enzima ADN polimerasi.

- I suoi geni codificanti per la proteina Non hanno introni (Ma altri lo fanno), contrariamente ai geni eucariotici. Inoltre, gli archi hanno proteine ​​simili agli istoni associati al loro DNA, presenti negli eucarioti e assenti nei batteri.

- Sono caratterizzati dalla presenza di Etere-lipidi dell'isoprenil Nelle sue membrane cellulari, nonché per assenza di lipidi acil-soler e una sintesi di acidi grassi.

- Una delle subunità del suo enzima RNA polimerasi è divisa e i suoi RNA di messaggeri, così come nei batteri, non hanno "Capuchas" (dall'inglese Cap) Alle sue estremità 5 '.

- Hanno una gamma molto specifica di sensibilità agli antibiotici e hanno Enzimi di restrizione di tipo II molto simile a quelli descritti per i batteri.

- Un'altra caratteristica importante ha a che fare con il fatto che gran parte degli archi hanno parete cellulare, Ma a differenza dei batteri, questo non è composto da peptidoglicano.

Caratteristiche dei suoi lipidi di membrana

I lipidi di membrana arcae differiscono considerevolmente da quelli trovati nei batteri e negli organismi eucariotici, e questo è stato considerato una caratteristica differenziale molto importante.

La principale differenza tra queste molecole anfipatiche (con un'estremità polare idrofila e un apolare idrofobico) è che l'unione tra la porzione di glicerolo e le catene degli acidi grassi nei lipidi degli archi è attraverso un legame etere corrisponde a un collegamento estere.

Un'altra differenza importante è che gli archi hanno lipidi con acidi grassi caratterizzati dalla presenza di catene isoprenili altamente ramificate con gruppi metilici, nel frattempo gli eucarioti e i batteri hanno prevalentemente acidi grassi di catene non ramificate.

I lipidi di eucarioti e batteri sono "costruiti" su uno scheletro di glicerolo a cui le catene di acidi grassi sono esterificate nelle posizioni corrispondenti agli atomi di carbonio 1 e 2, ma negli archi gli eteri di glicerolo contengono acidi grassi nelle posizioni 2 e 3.

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Un'altra differenza rispetto ai lipidi di membrana ha a che fare con la sua via biosintetica, poiché alcuni enzimi sono anche diversi negli archi.

Ad esempio, alcune specie di archi hanno un enzima prenile di trasferimento bifunzionale, che è responsabile della fornitura di precursori sia per la sintesi dell'escualene che per la sintesi di isapresoidi glicerilici-lipidi. Nei batteri ed eucarioti queste funzioni sono svolte da enzimi separati.

Classificazione degli archi

Secondo i dati delle sequenze delle piccole subunità dei ribosomali degli archi, questo gruppo è stato diviso principalmente in due "bordi", che sono noti come Edge Crenarchaeota e il bordo Euryarhaeta, i cui membri sono, soprattutto, gli archi coltivati In vitro.

Tuttavia, molti degli archi descritti di recente non sono stati coltivati In vitro E sono solo lontanamente correlati alle sequenze che sono state isolate dalle specie mantenute nei laboratori.

Bordo Crenarchaeota

Batteri termofili, Crenarchaeota Edge

Questo gruppo è costituito principalmente da specie di archi ipertermofili e termacidofili, cioè quei sessi di archi che abitano ambienti inospitali con condizioni termiche e pH estremo.

È composto da una singola classe tassonomica, che è nota come Themoprotei, all'interno di cui ci sono i prossimi cinque ordini tassonomici: Acidilobales, Desulfurococcal, Ferervidicoccales, Solfolobales E Termoproteli.

Esempio di alcuni dei generi appartenenti a queste classi possono essere i generi Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Themoproteus E Themofilum.

Bordo Euryarhaeta

Methanosarcina Barkeri Fusaro, Euryarchaota Filo

I membri di questo gruppo hanno una gamma ecologica leggermente più ampia, essendo in grado di trovare un po 'di ipertermofili, metenogeni, alofili e persino termofili, archi nimidali, riduttore di zolfo, ossidate di ferro e alcuni organrofili e alcuni organoopfili.

Le classi tassonomiche descritte per gli euriarqueota sono otto e sono conosciute come Methanopyri, Metanococchi, Metanobatteri, Methanomycrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Termococchi E Themoplasmata.

Molti degli archi appartenenti a questo gruppo sono ampiamente distribuiti, essendo nei terreni, nei sedimenti e nelle acque marine, nonché negli ambienti estremi descritti.

Bordo Thaumarchaeota

Axinella polipoidi, thaumarchaeota filo. Fonte: Liné1, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Questo vantaggio è stato definito relativamente recentemente e pochissime specie che ne appartengono sono state coltivate In vitro, Si sa così poco su questi organismi.

Tutti i membri del bordo ottengono la loro energia dall'ossidazione dell'ammonio e sono distribuiti a livello globale in corpi d'acqua dolce, terreni, sedimenti e molle calde.

Philos Korachaeota, Aigachaeota E Garchaeota

Korachaeota

Alcuni ricercatori esperti nel campo, basati sull'analisi delle sequenze genomiche, hanno recentemente determinato l'esistenza di tre bordi aggiuntivi nel regno archaea, sebbene la specie proposta per questi bordi non fosse ancora isolata in un laboratorio.

In generale, i membri appartenenti a questi bordi sono stati trovati sotto la superficie di molti ecosistemi terrestri e marini, ma anche nelle acque termiche e nei sistemi idrotermali di mare profondo.

Nutrizione

La maggior parte delle specie arcaiche con organismi di Chimióroophos, cioè sono in grado di utilizzare composti inorganici altamente ridotti per ottenere l'energia di cui hanno bisogno per "muovere" i loro macchinari metabolici, in particolare quello che ha a che fare con la respirazione.

La "specificità" delle molecole inorganiche che usano come substrati per produrre energia dipende dall'ambiente in cui ogni particolare specie si sviluppa.

Altri archi, così come piante, alghe, biofite e cianobatteri, sono in grado di eseguire la fotosintesi, ovvero usano e convertono l'energia luminosa dei raggi solari in utili energia chimica.

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È stato dimostrato che alcuni archi vivono nello stomaco (rumen) di alcuni animali ruminanti (tra cui mucche, pecore, capre, ecc.), quindi questi sono descritti come "archi comuni", poiché consumano parte della fibra che questi animali mangiano e collaborano con la digestione di alcuni dei loro componenti.

Riproduzione

Proprio come i batteri, gli archi sono organismi unicellulari la cui riproduzione è esclusivamente asessuale. I principali meccanismi descritti dalla specie mantenuta In vitro Sono:

- Fission binaria, dove ogni archea è "parte" a metà per originare due cellule identiche

- Geminazione o "frammentazione", in cui le cellule emettono "frammenti" o "porzioni" di se stesse in grado di formare cellule nuove e geneticamente identiche.

Habitat

Gli archi hanno principalmente correlato ad ambienti "estremi", cioè quei luoghi naturali che impongono gravi restrizioni per il normale sviluppo di esseri viventi, in particolare in termini di temperatura, pH, salinità, anaerobiosi (assenza di ossigeno), ecc.; motivo per cui il tuo studio è estremamente interessante, perché hanno adattamenti unici.

Tuttavia, le più recenti tecniche di analisi molecolare per l'identificazione di specie di microrganismi non attivati ​​(isolati e mantenuti In vitro In un laboratorio) hanno permesso di rilevare la presenza di arco.

Tuttavia, la maggior parte degli archi che sono stati identificati in natura sono classificati in base all'habitat che occupano, essendo parenti in letteratura i termini "ipertermofili", "acidofili" e "termacidofili estremi", "alfili estremi" e "metanogenos".

Gli ambienti occupati da archi ipertermofili sono quelli che sono caratterizzati da temperature costante molto elevate (ben al di sopra delle temperature "normali" a cui sono sottoposti la maggior parte degli esseri viventi).

Gli ambienti in cui vivono gli acidi estremi, d'altra parte, sono quelli in cui il pH è molto basso e questi possono anche essere distinti per temperature elevate (termacidofili estremi), nel frattempo gli ambienti di alfili estremi sono quelli in cui la concentrazione di sali è molto elevata.

Gli archi metanogenici vivono in assenza di ossigeno o anaerobiosi, in ambienti in cui possono essere utilizzate altre molecole come gli accettori di elettroni nel loro metabolismo e sono in grado di produrre metano come prodotto di "rifiuti" metabolici.

Esempi di specie di archi

Ci sono numerose specie conosciute di archi, ma qui saranno fatti solo alcuni di essi.

IGNICOCCUS Hospitalis E Nanoarchaeum Equitans

IGNICOCCUS Hospitalis

Yo. Ospedale Appartiene al genere dei crenarqueoti noti come ignicoccus ed è un organismo quimiototrofico che utilizza l'idrogeno molecolare come donatore di elettroni per la riduzione dello zolfo. Questa specie ha il più piccolo genoma di tutti gli archi descritti in vitro finora.

Yo. Ospedale Si comporta come un "parassita" o "simbite" di un'altra specie: Nanoarchaeum Equitans. Quest'ultimo non è stato coltivato In vitro E il suo genoma è il più piccolo di tutti gli archi infastiditi che sono stati descritti.

Si abita principalmente in ambienti marini e non ha geni per la biosintesi di lipidi, aminoacidi, nucleotidi o cofattori, quindi l'evidenza sperimentale suggerisce che ottiene queste molecole grazie alla sua interazione con Yo. Ospedale.

Acidilobus saccharovorans

Questa è una specie di archea termacidofila anaerobica, cioè che vive in ambienti di ossigeno poveri o completamente privi, con alte temperature e pH estremamente basso. È stato trovato per la prima volta in corpi di sorgenti calde terrestri a Kamchatka.

Staphylothermus ellenicus

Questa archea appartiene al bordo dei crenarqueota, in particolare all'ordine del desulfurococcico. È un'archea eterotrofica ipertermofile (vive in ambienti molto caldi) e richiede lo zolfo per ottenere energia.