DOMÍNIO ARCHAEA: ORIGEM, CARACTERÍSTICAS, CLASSIFICAÇÃO, NUTRIÇÃO - BIOLOGIA - 2025

O domínio archaea ou reino archaea representa um dos três domínios da vida. É composto de organismos procarióticos unicelulares microscópicos muito semelhantes e, ao mesmo tempo, muito diferentes das bactérias e dos eucariotos em muitos aspectos.

A existência desse grupo foi demonstrada há pouco tempo, mais ou menos no final da década de 1970, por um grupo de pesquisadores liderados por Carl Woese, que considerou que a vida poderia ser dividida em eucariotos e dois tipos de organismos procarióticos: bactérias e archaea, também chamada de archaebacteria.

Fontes termais "Morning Glory" no Parque Nacional de Yellowstone, EUA, cuja cor é dada por archaea (Fonte: ZYjacklin via Wikimedia Commons) Os estudos de Woese e colaboradores foram baseados em análises filogenéticas comparativas entre as sequências de RNA ribossômico de todos os seres vivos, e a noção dos três domínios permanece, apesar da imensa quantidade de sequências que continuam a ser adicionadas aos catálogos (bancos de dados) de RNA ribossomal.

Esses estudos conseguiram vislumbrar a possibilidade de que as arquéias sejam um grupo irmão dos eucariotos, apesar de suas semelhanças com suas contrapartes procarióticas (bactérias), de modo que pudessem representar o "elo perdido" entre procariotos e eucariotos.

Embora poucos sejam os que se dedicam ao estudo das arquéias e esse grupo seja bastante ignorado por muitos estudantes de biologia, acredita-se que esses microrganismos representem mais de 20% de todos os procariotos existentes nas águas oceânicas, entre 1 e 1 5% em solos e o grupo mais dominante em sedimentos marinhos e habitats geotérmicos.

Além disso, as arquéias são caracterizadas por viverem em condições "extremas" como fontes termais, salinas, ambientes com temperaturas muito altas e pH muito ácido, locais inóspitos onde a concentração de oxigênio é muito baixa ou nula, etc.

Esses microrganismos são de grande importância ecológica, pois participam de muitos dos ciclos biogeoquímicos, contribuindo para o ciclo do carbono, nitrogênio e enxofre, por exemplo.

Origem evolutiva e relações filogenéticas

Existem três teorias sobre a possível origem dos três domínios da vida propostas por Woese e colegas:

1. As bactérias divergiram primeiro, formando uma linhagem que produziu arquéias e eucariotos.
2. Uma linhagem "proto-eucariótica" divergiu de uma linhagem completamente procariótica (a de bactérias e arquéias)
3. Archaea divergiu de uma linhagem que mais tarde deu origem a eucariotos e bactérias

Em 1989, dois pesquisadores, Gogarten e Iwabe, propuseram independentemente uma maneira de analisar todos os organismos vivos filogeneticamente (o que é impossível de fazer a partir de estudos de sequência de um único gene).

Iwabe fez uso da análise das sequências de genes produzidos em eventos "precoces" de duplicação gênica, "enraizando" a árvore da vida a partir da comparação da sequência dos genes parálogos que codificam os fatores de alongamento.

Fatores de alongamento são proteínas de ligação a GTP que participam da tradução, especificamente na ligação de moléculas de RNA de transferência amioaciladas aos ribossomos e na translocação de RNA de transferência de peptidil.

De acordo com os resultados das comparações entre as sequências dos três grupos, os genes que codificam os fatores de alongamento nas arquéias são mais semelhantes aos dos organismos eucarióticos do que aos das bactérias.

A árvore da vida (Fonte: Arquivo: Collapsed tree labels simplified.png O uploader original foi TimVickers na Wikipedia em inglês.Translation to galician por Elisardojm via Wikimedia Commons) Gogarten, por outro lado, comparou as sequências de outros genes produzidos por eventos de duplicação, especificamente daqueles que codificam para as subunidades de tipo V e tipo F da enzima ATPase encontrada em arquéias / eucariotos e bactérias, respectivamente.

Os resultados obtidos por Gogarten, como os observados acima, demonstram que esses genes em arqueas (que provavelmente surgiram de eventos de duplicação genética) estão mais intimamente relacionados aos eucariotos do que aos seus equivalentes bacterianos.

Esses argumentos também foram corroborados pela análise feita por outros pesquisadores muitos anos depois, que utilizaram sequências de outra família de genes duplicados, a dos RNAs de transferência das aminoacil sintetases, fortalecendo a concepção de "proximidade" entre arquéias e eucariotos.

Árvore de Woese

Árvore da Vida de Woese

Woese utilizou as análises realizadas por Gogarten e Iwabe e outros estudos relacionados às sequências de RNA ribossômico para propor sua "versão" da árvore da vida, onde fica evidente que arquéias e eucariotos constituem grupos "irmãos", separados dos bactérias, embora as sequências de RNA ribossomal entre arquéias e bactérias sejam mais semelhantes entre si.

Características gerais do domínio arquea

As arquéias são conhecidas por algumas características muito particulares (próprias) e também por apresentarem "combinações" de características que antes se pensavam serem exclusivas de bactérias ou organismos eucarióticos.

- Assim como as bactérias, as arqueas são organismos procarióticos, ou seja, dentro do material genético não é envolvido por uma membrana (não possuem núcleo) e não há organelas citoplasmáticas membranosas.

- Geralmente, são microorganismos de tamanho semelhante ao das bactérias, seu DNA está na forma de um cromossomo circular e alguns fragmentos circulares menores conhecidos como plasmídeos.

- Compartilham a presença de enzimas topoisomerase e girase semelhantes com as bactérias, o que representa evidência “indireta” da “proximidade” em termos da estrutura cromossômica de ambos os grupos de organismos.

- No entanto, os genes das archaea apresentam grande homologia com muitos genes eucarióticos, principalmente aqueles cuja descoberta deriva de estudos com antibióticos.

- O mecanismo de replicação, transcrição e tradução de eucariotos e arquéias é muito semelhante, especialmente no que diz respeito à enzima DNA polimerase.

- Seus genes que codificam para proteínas não têm íntrons (mas outros têm), caso contrário, os genes eucarióticos. Além disso, as arqueas possuem proteínas semelhantes às histonas associadas ao seu DNA, presentes em eucariotos e ausentes em bactérias.

- São caracterizados pela presença de lipídeos éter isoprenílico em suas membranas celulares, bem como pela ausência de lipídeos éster acílico e uma sintetase de ácidos graxos.

- Uma das subunidades de sua enzima RNA polimerase é dividida e seus RNAs mensageiros, como nas bactérias, não têm “capuzes” (do boné inglês) em suas extremidades 5 '.

- Eles têm uma faixa muito específica de sensibilidade aos antibióticos e têm enzimas de restrição do tipo II muito semelhantes às que foram descritas para bactérias.

- Outra característica importante diz respeito ao fato de grande parte das arquéias possuir parede celular, mas, ao contrário das bactérias, esta não é composta por peptidoglicano.

Características de seus lipídios de membrana

Os lipídios da membrana das arquéias diferem consideravelmente daqueles encontrados em bactérias e organismos eucarióticos, e isso tem sido considerado uma característica diferencial muito importante.

A principal diferença entre essas moléculas anfipáticas (com uma extremidade polar hidrofílica e uma apolar hidrofóbica) é que a ligação entre a porção de glicerol e as cadeias de ácidos graxos nos lipídeos de archaea é através de uma ligação de éter, enquanto no bactérias e eucariotos correspondem a uma ligação éster.

Outra diferença importante é que as arquéias possuem lipídios com ácidos graxos caracterizados pela presença de cadeias isoprenil altamente ramificadas com grupos metil, enquanto os eucariotos e as bactérias possuem predominantemente ácidos graxos de cadeia não ramificada.

Os lipídios de eucariotos e bactérias são "construídos" em uma estrutura de glicerol para a qual as cadeias de ácidos graxos são esterificadas nas posições correspondentes aos átomos de carbono 1 e 2, mas em arquea glicerol éteres contêm ácidos gordo nas posições 2 e 3.

Outra diferença com relação aos lipídios de membrana tem a ver com sua via biossintética, uma vez que algumas enzimas também são diferentes nas arquéias.

Por exemplo, algumas espécies de arquéias possuem uma enzima preniltransferase bifuncional, que é responsável por fornecer os precursores tanto para a síntese de esqualeno quanto para a síntese de isoprenóides gliceril-lipídicos. Em bactérias e eucariotos, essas funções são realizadas por enzimas separadas.

Classificação de arquéias

De acordo com os dados das sequências das pequenas subunidades dos RNAs ribossômicos das arquéias, esse grupo foi dividido principalmente em dois "filos", que são conhecidos como filo Crenarchaeota e filo Euryarchaeota, cujos membros estão, acima todos, archaea cultivada in vitro.

No entanto, muitas das arquéias recentemente descritas não foram cultivadas in vitro e estão apenas distantemente relacionadas a sequências que foram isoladas de espécies mantidas em laboratórios.

Filo Crenarchaeota

Este grupo é formado principalmente por espécies de archaea hipertermofílicas e termoacidofílicas, ou seja, aqueles gêneros de archaea que habitam ambientes inóspitos com condições térmicas e de pH extremas.

É composto por uma única classe taxonômica, conhecida como Thermoprotei, dentro da qual estão as seguintes cinco ordens taxonômicas: Acidilobales, Desulfurococcales, Fervidicoccales, Sulfolobales e Thermoproteales.

Exemplos de alguns dos gêneros pertencentes às referidas classes podem ser os gêneros Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Thermoproteus e Thermofilum.

Filo Euryarchaeota

Os membros deste grupo apresentam uma gama ecológica ligeiramente mais ampla, podendo ser encontrados nele algumas espécies hipertermofílicas, metanogênicas, halofílicas e até mesmo termofílicas metanogênicas, arquéias desnitrificantes, redutoras de enxofre, oxidantes de ferro e alguns organotróficos.

As classes taxonômicas descritas para Euriarcheotes são oito e são conhecidas como Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Methanomicrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Thermococci e Thermoplasmata.

Muitas das arquéias pertencentes a este grupo estão amplamente distribuídas, sendo encontradas em solos, sedimentos e águas marinhas, bem como nos ambientes extremos descritos.

Filo Thaumarchaeota

Este filo foi definido há relativamente pouco tempo e muito poucas das espécies pertencentes a ele foram cultivadas in vitro, portanto, pouco se sabe sobre esses organismos.

Todos os integrantes da vanguarda obtêm sua energia a partir da oxidação da amônia e se distribuem globalmente em corpos d'água doces, solos, sedimentos e águas termais.

Phyla Korarchaeota , Aigarchaeota e Goarchaeota

Alguns pesquisadores versados ​​na técnica, com base na análise de sequências genômicas, determinaram recentemente a existência de três filos adicionais no reino Archaea, embora as espécies propostas para esses filos ainda não tenham sido isoladas em laboratório.

Em geral, membros desses filos foram encontrados sob a superfície de muitos ecossistemas terrestres e marinhos, mas também em fontes termais e sistemas hidrotérmicos em alto mar.

Nutrição

A maioria das espécies de arqueas com organismos quimiotróficos, ou seja, são capazes de usar compostos inorgânicos altamente reduzidos para obter a energia necessária para "mover" sua maquinaria metabólica, especialmente aquela que tem a ver com a respiração.

A "especificidade" das moléculas inorgânicas que eles usam como substratos para produzir energia depende do ambiente onde cada espécie em particular se desenvolve.

Outras arquéias, assim como plantas, algas, briófitas e cianobactérias, são capazes de fotossíntese, ou seja, utilizam e convertem a energia luminosa dos raios solares em energia química utilizável.

Foi demonstrado que algumas arquéias habitam o estômago (rúmen) de alguns animais ruminantes (entre os quais estão vacas, ovelhas, cabras, etc.), razão pela qual são classificadas como "arquéias mutualísticas", uma vez que consomem parte da fibra que esses animais ingerem e colaboram com a digestão de alguns de seus componentes.

Reprodução

Como as bactérias, as archaea são organismos unicelulares cuja reprodução é exclusivamente assexuada. Os principais mecanismos descritos para as espécies mantidas in vitro são:

- Fissão binária, onde cada arco é "dividido" ao meio para criar duas células idênticas

- Brotamento ou "fragmentação", em que as células liberam "fragmentos" ou "porções" de si mesmas que são capazes de formar células novas geneticamente idênticas.

Habitat

As arquéias têm sido relacionadas principalmente a ambientes “extremos”, ou seja, aqueles locais naturais que impõem sérias restrições ao desenvolvimento normal dos seres vivos, principalmente em termos de temperatura, pH, salinidade, anaerobiose (ausência de oxigênio), etc.; é por isso que seu estudo é extremamente interessante, pois eles têm adaptações únicas.

No entanto, as mais recentes técnicas de análise molecular para a identificação de espécies de microrganismos não cultivados (isoladas e mantidas in vitro em laboratório) tornaram possível detectar a presença de arquéias em ambientes cotidianos como o solo, o rúmen de alguns animais, águas oceânicas e lagos, entre outros.

No entanto, a maioria das arquéias que foram identificadas na natureza são classificadas de acordo com o habitat que ocupam, os termos "hipertermófilos", "acidófilos" e "termoacidófilos extremos", "halófilos extremos" são familiares na literatura. e "metanogênios".

Os ambientes ocupados por arquéias hipertermofílicas são aqueles caracterizados por temperaturas constantes muito elevadas (bem acima das temperaturas "normais" às quais a maioria dos seres vivos está sujeita).

Os ambientes onde vivem acidófilos extremos, por outro lado, são aqueles onde o pH é muito baixo e estes também podem ser distinguidos por altas temperaturas (termoacidófilos extremos), enquanto os ambientes de halófilos extremos são aqueles onde a concentração de sais é muito alta.

As arquéias metanogênicas vivem na ausência de oxigênio ou anaerobiose, em ambientes onde podem usar outras moléculas como aceptores de elétrons em seu metabolismo e são capazes de produzir metano como um "produto residual" metabólico.

Exemplos de espécies de archaea

Existem inúmeras espécies conhecidas de arquéias, mas apenas algumas delas serão mencionadas aqui.

Ignicoccus hospitalis e Nanoarchaeum equitans

I. hospitalis pertence ao gênero de crenarqueotes conhecido como Ignicoccus e é um organismo quimiolitoautotrófico que usa hidrogênio molecular como doador de elétrons para redução de enxofre. Esta espécie possui o menor genoma de todas as arquéias descritas in vitro até o momento.

I. hospitalis se comporta como um "parasita" ou "simbionte" de outra espécie: Nanoarchaeum equitans. Este último não foi cultivado in vitro e seu genoma é o menor de todas as arquéias não cultivadas que foram descritas.

Vive principalmente em ambientes marinhos e não possui genes para a biossíntese de lípidos, aminoácidos, nucleótidos ou cofactor, pelo que as evidências experimentais sugerem que obtém estas moléculas graças à sua interação com I. hospitalis.

Acidilobus saccharovorans

Esta é uma espécie de arquea anaeróbia termoacidofílica, ou seja, vive em ambientes pobres ou totalmente desprovidos de oxigênio, com altas temperaturas e pH extremamente baixo. Foi encontrado pela primeira vez em corpos termais terrestres em Kamchatka.

Staphylothermus hellenicus

Esta archa pertence à orla das Crenarqueotas, especificamente à ordem dos Desulfurococcales. É uma arquéia heterotrófica hipertermofílica (vive em ambientes muito quentes) e requer enxofre para energia.

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