Tema 19: Diversitat de procariotes (MB) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 27/04/2016
Descargas 51
Subido por

Vista previa del texto

TEMA  19:  Diversitat  de  procariotes     1.  Origen  de  la  vida   La  Terra  es  va  formar  fa  uns  4500  milions  d’anys.  En  els  seus  inicis  la  vida  era   impossible   en   ella,   ja   que   les   condicions   eren   molt   extremes:   magma   calent,   temperatures   molt   elevades   molta   activitat   elèctrica,   bombardejament   de   meteorits...  La  vida  va  poder  establir-­se  amb  una  baixada  de  les  temperatures  i   la  conversió  del  vapor  d’aigua  a  aigua  líquida,  aproximadament  fa  uns  4000-­3900   milions  d’anys.       1.2  Proves  físiques  de  l’inici  de  la  vida   -­Els  primers  fòssils  microbians  daten  de  fa  uns  3400  milions  d’anys,  d’Àfrica  del   Sud  (no  vol  dir  que  abans  no  hi  hagués  vida).       -­Els  estromatòlits  són  uns  dels  fòssils  microbians  més  coneguts.  Daten  de  fa  uns   3500   milions   d’anys   i   són   mantells   de   procariotes   filamentosos   fossilitzats   en   capes  de  sediments.       2.  La  Terra  primitiva  (no  habitable)     -­Atmosfera:   diòxid   de   carboni   (CO2),   monòxid   de   carboni   (CO),   vapor   d’aigua,   hidrogen  (H2),  nitrogen  (N2),  amoníac  (NH3),  metà  (CH4)  i  sulfur  d’hidrogen  (H2S).     -­Temperatures  superiors  a  100ºC.   -­Fonts  d’energia:  intensa  radiació,  descarregues  elèctriques,  energia  geotermal   (vulcanisme),  i  desintegració  d’elements  radioactius.       3.  LUCA  i  evolució   LUCA  (last  universal  common  acestor)  seria  una  població  de  cèl·lules  primitives,   que   van   sorgir   a   la   terra   primitiva   i   de   la   qual,   la   vida   cel·lular   es   pot   haver   diversificat   en   els   tres   dominis.   Evidències   moleculars   suggereixen   que   els   ancestres  dels  Bacteria  i  Archaea  van  divergir  fa  aprox.  4000  milions  d’anys.       El   primer   metabolisme   establert   (Quimiolitòtrofs)   a   la   terra   seria   per   diverses   cèl·lules  com  LUCA  que  presentaven:   -­Anaerobiosi:   ja   que   els   oceans   i   l’atmosfera   de   la   terra   primitiva   eren   anòxics.     -­Autotròfia:   produeixen   matèria   orgànica   a   partir   de   matèria   inorgànica;;   CO2  com  a  font  de  carboni.     -­Quimiolitotròfia:  obtenen  l’energia  /  els  electrons  del  H2  i  en  alguns  casos   del  H2S.       Posteriorment   va   aparèixer   la   fotosíntesi   anoxigènica,   també   fixa   CO2   i   pot   utilitzar  hidrogen  o  sulfhídric  com  a  donador  extern  d’electrons.  (Fotolitoautòtrofs)       Fruit   d’aquests   metabolismes   primaris,   van   aparèixer   les   primeres   grans   quantitats  de  matèria  orgànica  (fins  ara  utilitzaven  inorgànica)  que  va  permetre   que   sorgís   el   metabolisme   quimioorganotròfic   (utilització   matèria   orgànica).   Encara  són  anoxigènics.       L’aparició  d’oxigen  a  la  Terra  es  deguda  a  l’activitat  dels  cianobacteris  primitius   farà  uns  2700  milions  d’anys,  ja  que  van  desenvolupar  un  fotosistema  (encara   només   tenen   un)   que   podia   utilitzar   H2O   en   comptes   de   H2S,   i   per   tant,   el   productes   final   es   oxigen.   Aquesta   fotosíntesi   oxigènica,   provoca   el   canvi   dràsticament  del  curs  de  l’evolució  ja  que  canvia  l’atmosfera  terrestre:       -­Atmosfera   óxica:   permet   l’establiment   de   noves   rutes   metabòliques   molt   més   energètiques  i  econòmiques  on  s’utilitza  l’oxigen  (respiracions).  Això  també  va   provocar  una  gran  extinció  de  tots  aquells  organismes  que  no  toleraven  l’O2  i  van   morir  o  van  tenir  que  emigrar  a  zones  anòxiques.     -­Formació  de  la  capa  d’ozó,  que  fa  de  barrera  contra  la  radiació  UV  i  ionitzant.   Sense   aquesta   capa   d’ozó,   la   vida   només   s’hauria   establert   sota   la   superfície   oceànica  i  en  ambients  terrestres  protegits.       L’O2   també   va   estimular   l’aparició   dels   eucariotes,   fruit   d’una   evolució   i   una   endosimbiosi,   descrita   en   la   teoria   de   l’endosimbiosi   seriada   de   Lynn   Margulis.   La  teoria  prové  del  segle  XX  però  aquesta   dona   la   va   actualitzar   i   a   partir   de   llavors   és   considerada   la   teoria   més   “valida”.   Aquesta   teoria   es   va   confirmar   quan   es   demostra   la   proximitat   evolutiva   entre   els   mitocondris   i   cloroplasts   i   els   bacteris   (degut   al   material   genètic   contingut   en   aquests).                                                   Els  primers  procariotes  que  van  sorgir  han  evolucionat  molt,  són  els  éssers  vius   més  evolucionats  ja  que  són  els  més  antics,  i  han  estat  molts  milions  d’anys  sols   en  el  planeta,  podent-­se  diversificar  i  ocupant  la  major  part  de  nínxols  de  la  Terra.   L’evolució  d’aquests  a  donat  lloc  als  actuals  microorganismes.  Per  tant,  em  de   pensar  que  els  actuals  microorganismes  són  essers  vius  molt  evolucionats,  això   ho   observem   per   exemple   en   la   seva   optimització   genòmica   (el   seu   genoma   només  tenen  allò  per  al  que  codifiquen).       4.  Estudi  de  la  diversitat  microbiana   Hi  ha  moltes  espècies  de  procariotes  conegudes,  tot  i  que  diem  que  coneixem   només  un  1%.  La  diversitat  microbiana  s’estudia  mitjançant  la  seva  classificació.     Vistos   al   microscopi   són   molt   semblants,   i   per   això,   a   diferència   d’animals   i   plantes   s’hauran   d’ordenar   en   base   a   altres   característiques.   S’estudia   doncs   gràcies  a:     -­La  taxonomia:  és  la  ciència  de  la  classificació  biològica  en  diferents  taxons.     1)  Distribueix  i  classifica  els  organismes  en  taxons     2)  Els  hi  assigna  noms  (nomenclatura)     3)  Els  identifica  i  determina  al  taxó  al  qual  pertany  cada  aïllat.       -­La   filogènia:   estudi   de   les   relacions   i   història   evolutiva   que   hi   ha   entre   els   organismes.       -­La  sistemàtica:  estudia  la  diversitat  dels  microorganismes,  tant  del  passat  com   del  present,  i  les  relacions  entre  els  éssers  vius  al  llarg  del  temps.  Relaciona  per   tant,  taxonomia  i  filogènia.       4.1  Els  rangs  taxonòmics   SocaàSubespècieàEspècieàGènereàFamíliaàOrdreàClasseàFílumàDomini     4.2  Sistema  binomial  de  nomenclatura   S’utilitza  per  a  anomenar  científicament  a  un  organisme  el  sistema  binomial  de   Carl  von  Linné.  On  cada  organisme  té  dos  noms:     -­Nom  del  gènere:  primera  lletra  en  majúscula  i  en  cursiva  (o  subratllat).     -­Nom  de  l’espècie  o  epítet:  en  cursiva  (o  subratllat)  i  sense  majúscules.         Escherichia  coli  o  Escherichia  coli     Un  cop  s’ha  anomenat  un  cop  l’organisme,  per  escriure’l  per  segona  vegada  ja   el  podem  abreujar:  E.  coli  o  E.  coli     La  majoria  de  noms  de  microorganismes  fan  referència  a  alguna  característica   del  microorganisme,  o  fins  i  tot  relacionat  amb  com,  quan  o  qui  el  va  descobrir.       Exemple:    Escherichia  coli     Theodor  Escherich  (descobridor)  +  coli  (aïllat  del  seu  propi  colon)       Exemple  2:    Staphylococcus  aureus     Staphyle  (inflorescència  en  raïm  dels  cocs)  +  coccus  +  aureus  (color  daurat)     A   banda   de   les   espècies,   com   la   diversitat   de   cada   espècie   és   molt   elevada,   sovint   s’utilitzen   altres   números   o   lletres   per   identificar   els   diferents   aïllats   o   soques,   que   fan   referència   alguna   característica   concreta   (proteïnes,   antígens...).   Això   ens   proporciona   més   informació   ja   que   normalment   en   microorganismes  en  una  espècie  hi  poden  passar  moltes  coses  diferents.  Això   és  el  que  s’anomena  pseudovarietat  (EX:  per  saber  si  es  patogen  o  no).         4.3  Qui  i  com  s’aprova  una  nova  espècie  procariota?   Els   investigadors   que   la   descobreixen   han   de   demostrar   que   pertany   a   una   espècie  diferent  (mecanisme  d’hibridació  genètica  i  característiques  fenotípiques   diferents  a  tots  aquells  que  es  coneixen).       Posteriorment  hi  intervé  un  comitè  internacional  (The  International  Committee  on   Systematics  of  Prokariotes  =  ICSP)  que  ho  supervisa  tot  i  que  signa  i  decideix  si   realment  és  una  nova  espècie  i  quin  nom  dels  proposats  se  li  dóna.       Un   cop   s’arriba   a   un   acord,   es   publica   en   la   revista:   International   Journal   of   Systematic   and   Evolutionary   Microbiology;;   i   la   soca   tipus   es   diposita   en   una   col·lecció  de  cultius  tipus,  per  a  que  estigui  disponible  per  a  qualsevol  persona   que  vulgui  treballar  amb  la  nova  espècie.       Una  soca  tipus  és  en  general  una  de  les  primeres  soques  de  l’espècie  estudiada,   la  més  caracteritzada  i  descrita  (representarà  a  aquella  espècie).  Hi  ha  diverses   col·leccions  de  cultius  tipus  repartides  pel  món:     -­La   més   famosa   i   té   més   quantitat   de   microorganismes   és   la   ATCC   (American  Type  Culture  Colection).   -­La   més   important   europea   és   l’Alemanya   DSMZ   (Deutsche   Sammlung   von  Mikroorganismen  und  Zellkulturen).   -­A  espanya  trobem  una  col·lecció  a  la  Universitat  de  València.       Totes  les  col·leccions  de  cultius  tipus  estan  agrupades  en  una  de  mundial,  ja  que   estan  connectades  entre  elles.  Si  alguna  persona  vol  adquirir  un  microorganisme   ha  d’anar  a  aquestes  col·leccions,  que  tenen  des  de  soques  lliures  (que  no  estan   subjectes   a   cap   restricció   d’ús)   i   després   totes   les   soques   que   han   estat   patentades  per  alguna  raó  (i  tenen  restricció).  Segons  l’ús  que  es  fa  d’aquestes   soques,   el   preu   i   les   restriccions   són   diferents   (indústria,   empreses,   ensenyament,  o  recerca).       Al   haver   de   traspassar   fronteres   per   transportar   els   microorganismes,   es   necessitarà   pagar   duanes   i   tenir   permisos   diversos   per   a   poder   importar-­los.   Depenent   del   grau   de   bioseguretat   dels   microorganismes   es   demanaran   una   cosa  o  una  altra.       A  banda  de  les  col·leccions  tipus  de  cada  país  i  a  nivell  mundial,  cada  laboratori   i  cada  empresa  tindrà  la  seva  col·lecció  de  microorganismes  que  aïllen  o  generen   per  tècniques  genètiques  i  emmagatzemen  pel  seu  ús.       4.4  Tipus  d’estudis  en  sistemàtica   Els  estudis  utilitzats  en  microbiologia  per  classificar  les  espècies  són:   -­Anàlisis   fenotípic   (allò   que   s’expressa   del   genoma):   característiques   fisiològiques,  morfològiques,  químiques  i  metabòliques.  És  la  clàssica  però  en   microbiologia  no  ens  sol  aportar  molta  informació.     -­Anàlisis  genotípics  (informació  del  genoma):  seqüenciació  del  DNA,  hibridació   (si   és   superior   al   70%   serà   la   mateixa   espècie),   contingut   de   G+C.   Aquests   anàlisis  acabarà  substituint  l’anàlisi  fenotípic  ja  que  cada  vegada  és  més  fàcil,   més  barato  i  ens  aporta  més  informació.   -­Anàlisi  filogènic:  ens  aporta  la  relació  evolutiva  entre  les  espècies  o  aïllats  que   s’obtenen,  utilitzant  cronòmetre  moleculars  i  comparant  els  gens  conservats  per   veure   si   són   diferents   o   no.   Primer   seqüenciaríem   una   regió   conservada   dels   procariotes  (RNA  16S)  i  en  eucariotes  (RNA  18S)    i  si  aquesta  regió  és  la  mateixa   podrem  dir  que  es  la  mateixa  soca,  però  si  hi  ha  algun  canvi  podrien  ser  soques   o   espècies   diferents.   Aquests   estudis   de   relacions   entre   individus   ens   permet   establir  l’arbre  evolutiu  de  la  vida.         5.  L’arbre  evolutiu  de  la  vida   Els  procariotes  són  els  dos  grans  abres  d’on  es  ba  originar  la  vida  a  partir  de   LUCA,  i  posteriorment  va  aparèixer  Eukarya  a  partir  de  Archaea.  Per  tant,  els   procariotes  estan  dividits  en  dos  dominis  i  25  fílums  i  es  coneixen  més  de  10.000   espècies.     En   aquest   arbre   evolutiu   podem   veure   com   els   mitocondris   i   cloroplasts  formen  part  del  domini  dels  bacteris,  i  aquesta  és  la  millor  proba  que   confirma  la  teoria  de  la  endosimbiosi  seriada.                                   6.  Referents  en  sistemàtica  de  procariotes   Hi  ha  dos  manuals  que  són  “bíblies”  en  la  sistemàtica  actualitzada  de  procariotes:   -­Bergey’s  Manual  of  Systematic  Bacteriology.   -­The  Prokaryotes.         [acasals]  Més  apunts  a:  https://unybook.com/perfil/acasals   ...