Em formação

8.14D: Crenarchaeota não termofílica - Biologia


Crenarchaeota não termofílica podem ser halófilos extremos que vivem em ambientes altamente salgados.

objetivos de aprendizado

  • Discutir as características de crenarchaeota não termofílica, especificamente Halococcus, que permitem que ela sobreviva em ambientes extremos

Pontos chave

  • Halococcus é um gênero de arqueas halofílicas extremas.
  • Os halófilos são encontrados principalmente em corpos d'água internos com alta salinidade, onde seus pigmentos (de uma proteína chamada proteína rodopsina) tingem os sedimentos com cores brilhantes.
  • Halococcus e organismos halofílicos semelhantes têm sido utilizados economicamente na indústria de alimentos e até mesmo na produção de cuidados com a pele.
  • Halococcus é capaz de sobreviver em seu habitat de alta salinidade evitando a desidratação de seu citoplasma usando um soluto que pode ser encontrado em sua estrutura celular ou extraído do ambiente externo.

Termos chave

  • halófilo: Um organismo que vive e se desenvolve em um ambiente de alta salinidade, geralmente exigindo tal ambiente; uma forma de extremófilo.

Crenarchaeota podem ser halófilos extremos e incluem organismos que vivem em ambientes altamente salgados (por exemplo, halococcus).

Halococcus é um gênero de arquéias extremamente halofílicas, o que significa que elas requerem altos níveis de sal, às vezes até 32% de NaCl, para um crescimento ideal. Halófilos são encontrados principalmente em corpos d'água interiores com alta salinidade, onde seus pigmentos (de uma proteína chamada proteína rodopsina) tingem os sedimentos com cores brilhantes. A proteína rodopsina e outras proteínas servem para proteger o Halococcus das salinidades extremas do meio ambiente. Alguns Halococcus podem estar localizados em solos ou alimentos altamente salgados. Como podem funcionar sob essas condições de alto teor de sal, Halococcus e organismos halofílicos semelhantes têm sido utilizados economicamente na indústria de alimentos e até mesmo na produção de cuidados com a pele. O genoma de Halococcus ainda não foi sequenciado, embora estudos de seu rDNA 16s tenham demonstrado sua colocação na árvore filogenética. Devido à longevidade potencial dos organismos, Halococcus pode ser um bom candidato para explorar semelhanças taxonômicas com a vida encontrada no espaço sideral.

Halococcus é capaz de sobreviver em seu habitat altamente salino, evitando a desidratação de seu citoplasma. Para fazer isso, eles usam um soluto, que pode ser encontrado em sua estrutura celular ou extraído do ambiente externo. Bombas de cloro especiais permitem que os organismos retenham cloreto para manter o equilíbrio osmótico com a salinidade de seu habitat. As células são cocos, com 0,6-1,5 micrômetros de comprimento, com paredes de polissacarídeo sulfatado. As células são organtróficas, usando aminoácidos, ácidos orgânicos ou carboidratos para obter energia. Em alguns casos, eles também são capazes de fotossintetizar.


Distribuição, localização e filogenia de populações abundantes de Crenarchaeota em lodo granular anaeróbico

Laboratório de Ecologia Microbiana, Departamento de Microbiologia e Instituto de Mudança Ambiental, Universidade Nacional da Irlanda, Galway, University Road, Galway, Irlanda, 1 Grupo de microssensores, Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Alemanha 2

Leanne O'Connor

Laboratório de Ecologia Microbiana, Departamento de Microbiologia e Instituto de Mudança Ambiental, Universidade Nacional da Irlanda, Galway, University Road, Galway, Irlanda, 1 Grupo de microssensores, Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Alemanha 2

Th & # x000e9r & # x000e8se Mahony

Laboratório de Ecologia Microbiana, Departamento de Microbiologia e Instituto de Mudança Ambiental, Universidade Nacional da Irlanda, Galway, University Road, Galway, Irlanda, 1 Grupo de microssensores, Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Alemanha 2

Armin Gieseke

Laboratório de Ecologia Microbiana, Departamento de Microbiologia e Instituto de Mudança Ambiental, Universidade Nacional da Irlanda, Galway, University Road, Galway, Irlanda, 1 Grupo de microssensores, Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Alemanha 2

Dirk de Beer

Laboratório de Ecologia Microbiana, Departamento de Microbiologia e Instituto de Mudança Ambiental, Universidade Nacional da Irlanda, Galway, University Road, Galway, Irlanda, 1 Grupo de microssensores, Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Alemanha 2

Vincent O'Flaherty

Laboratório de Ecologia Microbiana, Departamento de Microbiologia e Instituto de Mudança Ambiental, Universidade Nacional da Irlanda, Galway, University Road, Galway, Irlanda, 1 Grupo de microssensores, Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Alemanha 2


Análise espacial da estrutura da comunidade de archaeal em solo de pastagem

A complexa estrutura do solo e a heterogeneidade dos recursos disponíveis para os microrganismos têm implicações para os regimes de amostragem quando a estrutura e a diversidade das comunidades microbianas são analisadas. Para avaliar a heterogeneidade na estrutura da comunidade, as comunidades de archaeal, que normalmente contêm sequências pertencentes à Crenarchaeota não hermofílica, foram examinadas em duas escalas espaciais contrastantes usando análise de eletroforese em gel de gradiente desnaturante de PCR (DGGE) seguida por método de grupo de pares não ponderados com análise de média aritmética de 16S rRNA- e perfis derivados de DNA ribossomal. Uma análise em macroescala foi realizada com testemunhos de solo tomados em intervalos de 2 m ao longo de transectos triplicados de 8 m de solos de rizosfera de pastagem manejados (melhorados) e naturais (não melhorados). Uma análise em microescala foi realizada com um único núcleo de solo avaliando os efeitos do tamanho da amostra (10, 1 e 0,1 g) e da distância entre as amostras. A complexidade muito reduzida dos perfis de arquea em comparação com a complexidade típica da comunidade bacteriana facilitou a comparação visual de perfis com base na presença de bandas e revelou diferentes níveis de heterogeneidade entre conjuntos de amostras. No nível da macroescala, a heterogeneidade ao longo do transecto não pode estar relacionada ao tipo de campo. Heterogeneidade substancial foi observada em ambos os transectos melhorados e não melhorados, exceto para um transecto melhorado que exibiu homogeneidade substancial, de modo que os perfis para um único núcleo foram amplamente representativos de todo o transecto. Em uma escala menor, a heterogeneidade da estrutura da comunidade de archaea variou com o tamanho da amostra em um único núcleo de 8 por 8 cm. Os perfis de DGGE de arquea para replicar amostras de solo de 10 g foram semelhantes, enquanto aqueles para amostras de 1 ge 0,1 g mostraram maior heterogeneidade. Além disso, não houve relação entre os perfis de archaeal e a distância entre amostras de 1 ou 0,1 g, embora as relações entre a estrutura da comunidade e a distância de separação possam ocorrer em uma escala menor. Nossos resultados demonstram o cuidado necessário quando os trabalhadores tentam obter uma imagem representativa da estrutura da comunidade microbiana no ambiente do solo.

Bonecos

Representação esquemática do protocolo ...

Representação esquemática do protocolo usado para amostragem de solo de testemunhos individuais de solo.…

Comparação de 16S rRNA- e ...

Comparação de perfis DGGE derivados de 16S rRNA e rDNA de extratos de ácido nucleico em triplicado ...

Perfis DGGE de arquea 16S ...

Perfis DGGE de genes archaeal 16S rRNA amplificados por PCR de solo individual ...

pHs (×) e conteúdo de água (▪) de testemunhos de solo amostrados em intervalos de 2 m ...

Perfis DGGE de arquea 16S ...

Perfis DGGE de archaeal 16S rRNA amplificado por RT-PCR a partir de amostras triplicadas de 10 g ...

Perfis DGGE de arquea 16S ...

Perfis DGGE de genes archaeal 16S rRNA amplificados por RT-PCR do triplicado 1-g ...

Perfis DGGE de arquea 16S ...

Perfis DGGE de genes archaeal 16S rRNA amplificados por RT-PCR a partir de 0,1-g triplicado ...


Discussão

Estrutura da População e Coerência Genômica.

o C. simbiose genoma representa uma sequência composta montada a partir de genótipos de doadores simpátricos individuais intimamente relacionados. Como tal, a plasticidade genética e estrutura populacional de hospedeiros associados C. simbiose as células são em parte refletidas nas variantes da sequência do genoma. Reorganizações ou transposições entre regiões sintênicas sobrepostas raramente foram detectadas, e em apenas dois casos foram detectados eventos de recombinação intragênica recentes de forma inequívoca. Embora tenhamos amostrado apenas uma pequena fração de C. simbiose genomas de doadores dentro do hospedeiro, a raridade dos eventos de recombinação sugere que a recombinação e a hibridização são menos importantes do que a diversificação clonal e a deriva genética em C. simbiose populações. Esta dinâmica é qualitativamente diferente das populações de archaeal de drenagem ácida de mina recentemente descritas, onde a recombinação generalizada é proposta para gerar múltiplos genótipos de mosaico (41).

A separação de sequências de tipo a e b sintênicas durante a montagem reflete potencialmente a seleção periódica dentro dos tecidos esponjosos do hospedeiro, particionando as variantes da população em grupos de sequências distintas (42, 43). Dado que o conteúdo do gene, a ordem e a orientação entre os genótipos dos tipos a e b sobrepostos são idênticos, as forças seletivas provavelmente estão agindo em genes individuais ou em sua expressão. A frequência de alelos altamente variáveis ​​(indicados por grandes picos na Fig. 1) indica que as pressões seletivas atuam com intensidade variável em diferentes regiões do C. simbiose genoma. Determinação em escala fina da distribuição espacial dos genótipos dos tipos a e b nos tecidos do hospedeiro, bem como amostragem mais profunda da variação alélica em C. simbiose populações, são necessários para explorar ainda mais a natureza, expressão e consequências desta variabilidade genética intrapopulacional.

Relações Funcionais e Metabólicas.

Os resultados apresentados aqui, em combinação com estudos anteriores (13, 16, 19), apoiam a noção de que C. simbiose e seus parentes marinhos planctônicos podem derivar energia celular diretamente da oxidação da amônia. C. simbiose abriga uma série de genes conhecidos por serem relevantes para o metabolismo da amônia. Se a amônia é a única fonte de energia para qualquer C. simbiose ou planctônico Crenarchaeota não é claro, mas parece ser assim para seus parentes crenarqueotais recentemente cultivados (13). Embora a fixação de carbono continue a ser formalmente demonstrada para C. simbiose, a via do hidroxipropionato aparece presente neste simbionte arquea (Tabela 6) (19). Homólogos intimamente relacionados de virtualmente todos os genes associados à oxidação de amônia e fixação de carbono em C. simbiose também estiveram presentes em amostras ambientais com alta representação crenarqueotal conhecida (Fig. 3 e Tabela 8) (19). Combinados com alta biomassa crenarqueotal bem documentada no plâncton marinho (3, 6, 11, 44), esses dados são consistentes com um papel importante para a nitrificação crenarqueotal no ciclo de carbono e nitrogênio no mar.

As comparações com o conjunto de dados SAR WGS indicaram que a maioria dos outros subsistemas metabólicos essenciais identificados em C. simbiose também estavam bem conservados em planctônicos Crenarchaeota. Além de sistemas de processamento de informações, homologias de C. simbiose Os subsistemas biossintéticos e de manutenção (incluindo glicólise, gliconeogênese, conversão de pentose fosfato, ciclo de TCA, cofator e metabolismo de vitaminas, biossíntese de aminoácidos, fosforilação oxidativa e síntese de ATP) foram encontrados com mais frequência em amostras ambientais conhecidas por conterem altos níveis de planctônico de vida livre Crenarchaeota. Esses resultados sugerem que a maioria das funções metabólicas essenciais encontradas em C. simbiose também estão presentes em seus parentes planctônicos. Por outro lado, um número considerável de C. simbioseGenes únicos também foram encontrados, os quais estão potencialmente envolvidos na associação simbiótica arquea-esponja (veja abaixo).

Relacionamentos evolutivos.

O domínio Archaea permanece bem definido por dois sub-reinos principais, o Crenarchaeota e Euryarchaeota (2) Pesquisas filogenéticas independentes de cultivo (45) revelaram muitos novos clados ambientalmente significativos dentro do domínio Archaea. Esses clados ambientais agora superam em número as linhagens de arquea com representantes cultivados (1, 18, 46, 47). As análises filogenéticas baseadas em rRNA ribossomal de grupos de arquea predominantes cultivados e não cultivados sugerem que Crenarchaeota e Euryarchaeota são melhor representados por politomias, “radiações estelares”, com resolução intragrupo pobre em relação ao seu nó ancestral comum (1). Como consequência, os grupos anteriormente pensados ​​para se ramificar mais profundamente, por exemplo, o Korarchaeota (46), parecem agora estar bem dentro do Crenarchaeota baseado em árvores com nós bem suportados tendo ampla representação de táxons (1).

Em conjunto, as análises de alinhamentos de proteínas individuais ou concatenadas e as análises filogenéticas não resolveram a colocação filogenética de C. simbiose além das análises anteriores de rRNA (1, 47). Esta descoberta pode ser atribuída principalmente à representação atualmente pobre de Crenarchaeota em bancos de dados genômicos existentes. Apesar do número relativamente baixo de genomas crenarqueotais disponíveis para comparação, nossos resultados geralmente apoiaram análises filogenéticas de rRNA anteriores, colocando C. simbiose periférico à linhagem crenarqueotal de hipertermófilos cultivados.

Simbiose.

Pouco se sabe sobre as relações funcionais específicas entre C. simbiose e seu hospedeiro esponja, Axinella mexicana. Parentes próximos de C. simbiose, no entanto, parecem comumente associados a outros Axinella ou outros hospedeiros esponja (48, 49), de modo que associações semelhantes podem ser comuns no ambiente marinho. Com relação às potenciais interações metabólicas simbióticas, as trocas de carbono e nitrogênio são comuns em muitas simbioses microbiano-eucarianas, e a nitrificação associada à esponja também foi relatada anteriormente (50). Uma possível interação, consistente com o C. simbiose complemento do genoma e o fenótipo nitrificante de N. maritimus, é a remoção de produtos residuais do hospedeiro nitrogenados (por exemplo, amônia, ureia). Isso pode alimentar simultaneamente o metabolismo de energia respiratória do simbionte e pode até fornecer novo carbono para o hospedeiro, por meio de CO quimiolitotrófico de arquea.2 fixação e subsequente troca de carbono simbionte-hospedeiro.

Populações viáveis ​​e em divisão de C. simbiose foi observada a persistência em um único indivíduo hospedeiro de esponja por até 5 anos (21). Como um simbionte extracelular aparentemente não móvel, C. simbiose provavelmente desenvolveu mecanismos para inibir ou evitar o consumo do hospedeiro e se defender contra a predação viral. Um número significativo de genes previstos codificam domínios homólogos à superfície celular, mecanismos regulatórios ou de defesa, incluindo numerosos sistemas de modificação de restrição para proteger contra DNA estranho, adesinas autotransportadoras potencialmente envolvidas na mediação do contato célula-célula, proteases que possivelmente modificam ou degradam proteínas da matriz extracelular , glicosiltransferases envolvidas na biogênese da parede celular e inibidores da protease de seine segregados com o potencial de mediar a evasão dos sistemas de defesa inatos do hospedeiro. Muitas dessas características genômicas não são encontradas nos parentes planctônicos de C. simbiosee, portanto, pode estar especificamente associado ao estilo de vida simbiótico de C. simbiose. Dadas as poucas simbioses arquea-metazoárias conhecidas, o C. simbiose A sequência do genoma oferece uma oportunidade única para explorar ainda mais as características genéticas que medeiam o contato, a comunicação e a troca trófica do hospedeiro arquea-eucariano. Ele também fornece um ponto de referência para interpretar o inventário genômico, características metabólicas e evolução de seus parentes de vida livre, que são componentes abundantes do plâncton microbiano e podem exercer influência significativa no ciclo de energia e matéria no mar.


8.14D: Crenarchaeota não termofílica - Biologia

Divisão de Archaea Biology and Ecogenomics, Department of Ecogenomics and Systems Biology, University of Vienna, Vienna, Austria

Divisão de Archaea Biology and Ecogenomics, Department of Ecogenomics and Systems Biology, University of Vienna, Vienna, Austria

Divisão de Archaea Biology and Ecogenomics, Department of Ecogenomics and Systems Biology, University of Vienna, Vienna, Austria

Divisão de Archaea Biology and Ecogenomics, Department of Ecogenomics and Systems Biology, University of Vienna, Vienna, Austria

Resumo

Cen.ar.chae'um., Gr. adj. kainos recente e Gr. adj. koinos Gr comum. adj. archaios N.L. antigo neut. n. Cenarchaeum = gênero de Archaea relativamente recente (fenótipo não hermofílico derivado) e comum (não “extremofílico”).

Thaumarchaeota / Nitrososphaeria / Candidatus Cenarchaeales / Candidatus Cenarchaeaceae / Candidatus Cenarchaeum

As espécies Candidatus Cenarchaeum symbiosum do gênero Candidatus Cenarchaeum constitui o único simbionte arquea da esponja marinha temperada Axinella mexicana. Representou o primeiro organismo tratável da chamada crenarchaeota mesofílica, agora Nitrososphaeria, até que isolados puros e culturas de enriquecimento se tornassem disponíveis. Foi também a fonte do primeiro genoma completo montado do Nitrososphaeria. Análises fisiológicas e genômicas sugerem que os representantes desse gênero são aeróbios, psicrofílicos e capazes de um metabolismo quimiolitoautotrófico, por meio da oxidação da amônia em nitrito. A distribuição ambiental do gênero até agora tem sido confinada às comunidades associadas a esponjas.

DNA G + Conteúdo de C (mol%): 57.74.

Espécies de tipo: Candidatus Cenarchaeum symbiosum Preston, Wu, Molinsky e DeLong 1996, 6246.


Análises lipídicas.

Figura 2 . Cromatograma gasoso de uma amostra da Antártica que corresponde à análise espectral de massa mostrada na Fig. 3, na região de eluição do bifitano. Os subscritos denotam o número de átomos de carbono no bifitano. R, anel pentacíclico i, isômero. Fig. 3. Os espectros de massa dos quatro derivados de caldarchaeol identificados que eram comuns a todas as amostras analisadas. Os lipídios foram extraídos, derivatizados e analisados ​​conforme descrito no texto. Os espectros de massa são derivados da amostra de lipídio do picoplâncton da Antártica usada para o traço GC na Fig. 2. R, anel pentacíclico i, isômero. Fig. 4. Bifitanos derivados de caldarqueol de diversas amostras marinhas. Os compostos correspondem às estruturas mostradas na Fig. 3, conforme identificado por comparação com padrões conhecidos. Abundâncias relativas de bifitanos cíclicos e acíclicos em diversas amostras marinhas são mostradas. O valor para o mais abundante dos quatro componentes foi arbitrariamente definido como um valor relativo de 1. BS, sedimento do Mar Negro Antártico, lipídeos de picoplâncton antártico C. symbiosum, C. symbiosum lipídios SMB3 e SMB4, Santa Monica Basin em suspensão de amostras de lipídios particulados.

Aplicação da genômica para a compreensão da evolução de Crenarchaeota hipertermofílica e não termofílica.

A análise de rRNAs de pequenas subunidades recuperados de populações microbianas mistas forneceu uma estrutura para a compreensão da diversidade microbiana global (1). Essas análises filogenéticas moleculares revelaram a presença de espécies e linhagens previamente não detectadas em uma ampla variedade de habitats microbianos e colocaram grupos microbianos recém-descobertos em um mapa filogenético universal. Esses estudos também mostram que alguns grupos microbianos, não detectados pelas abordagens de cultivo tradicionais, são os principais componentes das comunidades microbianas naturais.

O sequenciamento do genoma completo, desenvolvido nos últimos anos, tem sido tão bem-sucedido que mais de 40 projetos de genoma procariótico foram concluídos ou estão em andamento. Novas tecnologias de genoma também oferecem novos caminhos para a caracterização de procariotos não cultivados. Uma vez que o principal requisito para tal abordagem é a disponibilidade de DNA genômico de alta qualidade (facilmente isolado de amostras ambientais), grandes fragmentos genômicos de organismos não cultivados de populações mistas podem, em teoria, ser isolados e caracterizados usando técnicas genômicas em desenvolvimento. A aplicação de "genômica ambiental" pode fornecer acesso à organização, evolução e potencial fisiológico de novos microrganismos não cultivados. Os genomas arquivados de tipos microbianos não cultivados também se tornam reagentes, que podem ser usados ​​para expressar proteínas, determinar a estrutura e função das proteínas, isolar enzimas e dissecar vias metabólicas relevantes para energia, biorremediação e aplicações biotecnológicas. Pela primeira vez, grupos microbianos previamente definidos apenas por filogenias de genes de rRNA podem, em teoria, ser caracterizados por seu potencial genômico e funcional.

Como parte de um esforço colaborativo, nosso laboratório está usando tecnologias genômicas para investigar a evolução de um grupo arqueao ainda não cultivado, os crenarqueotes não termofílicos. O domínio Archaea compreende dois reinos, o Euryarchaeota e o Crenarchaeota (2). Atualmente, crenarqueotes cultivados detêm o recorde de crescimento em altas temperaturas. Anteriormente, acreditava-se que os crenarqueotes viviam principalmente em temperaturas acima de 70 [graus] C. Pesquisas filogenéticas moleculares recentes mostram, no entanto, que os crenarqueotes são diversos, abundantes e onipresentes em uma variedade de habitats de baixa temperatura [ILUSTRAÇÃO PARA A FIGURA 1 OMITIDO] . Por exemplo, em águas marinhas costeiras subterrâneas temperadas e mares polares, Crenarchaeota planctônica compõe cerca de 10% a 30% da biomassa procariótica contida nesses vastos habitats (3). Crenarqueotes não hermofílicos também ocorrem nas entranhas de invertebrados do fundo do mar recuperados das profundezas abissais do Oceano Atlântico. Além disso, as Crenarchaeota psicrofílicas ou mesofílicas não cultivadas não se restringem aos habitats marinhos. Crenarchaeotes prosperam em uma ampla variedade de habitats de água doce e terrestres, incluindo arrozais, solos florestais, solo agrícola e uma variedade de sedimentos de lago de água doce (consulte a ref. 1 para uma revisão).

Em menos de cinco anos, o conceito de Crenarchaeota se expandiu de um grupo ecologicamente restrito, obrigatoriamente termofílico, para um reino cosmopolita, abundante e que ultrapassa os limites de temperatura da vida [ILUSTRAÇÃO PARA FIGURA 1 OMITIDA]. Os crenarqueotes aparentemente se originaram em ambientes quentes, como sugerido por recentes pesquisas ecológicas moleculares de Archaea em fontes termais (4). Os clones de RNA ribossomal obtidos de fontes termais de Yellowstone (por exemplo, pSL12, [ILUSTRAÇÃO PARA A FIGURA 1 OMITIDA] (1, 4)) são especificamente afiliados, mas basais nas árvores filogenéticas, aos crenarqueotes não termofílicos (SBAR5, 4B7, Lei 1, Lei 6, [ILUSTRAÇÃO PARA FIGURA 1 OMITIDA] (3)). Esses dados sugerem que uma ou mais linhagens específicas de crenarchaeota hipertermofílica irradiaram-se de forma adaptativa para habitats mais frios, dando origem a Crenarchaeota não hermofílica contemporânea. Apesar dos esforços intensivos de vários pesquisadores, crenarchaeotes não termofílicos resistiram ao isolamento e ao cultivo.

As propriedades fisiológicas, bioquímicas e genéticas desse grupo abundante, onipresente e potencialmente biogeoquimicamente significativo permanecem desconhecidas.

Recentemente, descobrimos e começamos o trabalho preliminar em um sistema tratável destinado ao sequenciamento do genoma inteiro de um crenarqueote psicrofílico não cultivado. Especificamente, altas densidades de uma única espécie de crenarchaeon psicrofílica simbiótica, Cenarchaeum symbiosum, foram descobertas dentro dos tecidos de seu hospedeiro, a esponja marinha Axinella mexicana (5). A descoberta desta associação esponja-archaeal demonstrou conclusivamente que os Crenarchaeota marinhos prosperam em temperaturas pelo menos tão baixas quanto 10oC.

A simbiose esponja-crenarchaeal fornece uma excelente, e atualmente a mais tratável, oportunidade para a análise genômica de crenarqueotes não termofílicos. O trabalho inicial incluiu a construção de várias bibliotecas "fosmid" preparadas a partir de frações celulares de C. symbiosum parcialmente purificadas. Resumidamente, as células hospedeiras foram mecanicamente e enzimaticamente interrompidas para liberar as células simbiontes de C. symbiosum. Os simbiontes foram então purificados por centrifugação diferencial, seguida de fracionamento celular e purificação em gradientes de Percoll. O DNA cromossômico de alto peso molecular foi preparado a partir da fração de células enriquecidas com archaeal. Digestões parciais do DNA com Sau3A foram ligadas ao vetor fosmid, usando métodos padrão, para preparar a biblioteca fosmid.

Duas bibliotecas de fosmid foram construídas a partir de preparações de células enriquecidas. Um produziu, de um total de 10.236 clones, sete fosmídeos contendo genes de rRNA de subunidades pequenas de C. symbiosum. A segunda biblioteca de fosmid foi preparada após o aprimoramento das técnicas de fracionamento de células e de 2100 recombinantes totais renderam oito fosmídeos contendo rRNA de ssu archaeal. Os tamanhos dos insertos variaram de 30 a 40 kbp. Vários fosmids foram mapeados como segmentos de sequência contíguos sobrepostos (contigs) por RFLP, análise Southern, mapeamento de local com marcação de sequência (STS) e sequenciamento dos terminais de inserção. A clonagem shotgun e o sequenciamento de inserções de fosmid produziram [mais de] 50 kb de sequência genômica contígua de C. symbiosum já concluída e 100 kbp em andamento (6). Continuamos a identificar contigs nessas duas bibliotecas usando o mapeamento STS de contig terminais. Outros "locais de nucleação" de arquea nas bibliotecas também estão sendo identificados por triagem multiplex com primers de PCR projetados a partir de genes de arqueação conservados. Um exemplo inclui a identificação do homólogo archaeal recA em fosmídeos das bibliotecas C. symbiosum (7). No total, nossa capacidade de produzir bibliotecas de alta qualidade do genoma de C. symbiosum e de identificar contigs para esforços de sequenciamento genômico demonstra a viabilidade da abordagem.

O conteúdo de guanina mais citosina do genoma de C. symbiosum é de cerca de 56%, conforme avaliado por aproximadamente 100 kbp de dados de sequência gerados até agora. Os genes aparecem tão densamente empacotados em C. symbiosum quanto em outros genomas de arquea sequenciados. A ordem do gene do rRNA ribossomal, as regiões espaçadoras e a estrutura são mais semelhantes às da Crenarchaeota hipertermofílica. Sequências de aminoácidos deduzidas de proteínas de C. symbiosum, incluindo a DNA polimerase, proteína de ligação a TATA (TBP) e glutamato semialdeído aminotransferase, todas compartilham a maior similaridade de sequência com homólogos de arquea. Uma série de características regulatórias, transcricionais e de tradução semelhantes a eukarya que geralmente distinguem Archaea de Bactérias também estão presentes no genoma de C. symbiosum. Finalmente, embora muitos dos genes codificadores de proteínas de C. symbiosum sejam mais semelhantes aos de hipertermófilos cultivados, nossas análises genômicas levaram a estudos de expressão que revelaram que as proteínas de C. symbiosum não são termoestáveis ​​(8).

1. Pace, N. R. 1997. Uma visão molecular da diversidade microbiana e da biosfera. Science 276: 734-740.

2. Woese, C. R. 1987. Bacterial evolution. Microbiol. Rev. 51: 221-271.

3. DeLong, E. F. 1992. Archaea em ambientes marinhos costeiros. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 5685-5689.

4. Barns, S.M., C.F. Delwiche, J. D. Palmer e N.R. Pace. 1996. Perspectives on Archaeal Diversity, thermophily, and monophyly from environment rRNA Sequences. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 91889193.

5. Preston, C. M., K. Y. Wu, T. F. Molinski e E. F. DeLong. 1996. Um crenarchaeon psicrofílico habita uma esponja marinha: Cenarchaeum symbiosum gen. nov., sp. nov. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 62416246.

6. Schleper, C., C. M. Preston, R. A. Feldman, K. Y. Wu, E. F. DeLong e R. V. Swanson. 1998. A análise genômica revela variação cromossômica em populações naturais do archaeon psicrofílico não cultivado Cenarchaeum symbiosum. J. Bacteriol. 180: 50035009.

7. Sandler, S. J., P. Hugenholtz, C. Schleper, E. F. DeLong, N. R. Pace e A. J. Clark. 1999. Diversidade de genes radA de Archaea cultivadas e não cultivadas: análise comparativa de suas proteínas RadA putativas e seu uso como um marcador filogenético. J. Bacteriol. 181: 907-915.

8. Schleper, C., R. Swanson, E. Mathur e E. F. DeLong. 1997. Characterization of a DNA polimerase from the uncultivated psychrophilic archaeon Cenarchaeum symbiosum, J. Bacteriol. 179: 78037811.

FORTERRE: Uma vez que os Crenarchaeota são amplamente distribuídos, não apenas na água e no solo, etc., presumivelmente também deveriam estar em humanos. Você sabe se alguém já procurou esse organismo no intestino humano?

DELONG: Vários grupos estão procurando esses organismos. Não acho que haja qualquer razão para que se possa afirmar empiricamente por que eles não estariam envolvidos em outras associações simbióticas.

LEADBETTER: Você fez a microscopia eletrônica desses organismos? Estou impressionado com a compactação e concisão do corante DAPI e a exclusão de sua sonda. Pode haver uma membrana em torno desse material nuclear?

DELONG: O melhor sistema que tivemos de examinar é a esponja, mas obter seções dessa esponja é difícil. Agora sabemos, por meio de métodos aprimorados de hibridização in situ, que há uma morfologia nos tipos planctônicos. Quando você usa uma sonda específica, os tipos planctônicos têm exatamente a mesma morfologia, com uma região onde as manchas DAPI que excluem os oligossondas que se acendem do lado de fora. Planctomyces é na verdade um procarioto (1) que demonstrou ter algum tipo de membrana associada a ele.

MARGULIS: O procariota com a membrana nucleóide é Gemmata obscuriglobus, estudada por Fuerst e seus colegas (1, 2).

DELONG: Você está correto. Eles parecem ter uma membrana associada aos núcleos.

ELLINGTON: À medida que você continua acumulando dados sobre as Archaebactérias ciclofílicas e mesofílicas, é possível que os hipertermófilos sejam o grupo derivado?

DELONG: Não acho que se possa excluir essa possibilidade no momento.

ELLINGTON: Os lipídios da membrana nas Archaebacteria ciclofílicas parecem acumular estruturas em anel. Isso poderia servir ao mesmo propósito que a insaturação em lipídios de ácidos graxos normais para aumentar a fluidez da membrana?

DELONG: Provavelmente não é quase o oposto em Sulfolobus. Os lipídios da membrana ganham mais e mais anéis conforme a temperatura de crescimento aumenta. Existem coisas que não entendemos sobre as membranas arqueadas. Acontece que os estudos biofísicos não revelam boas transições de fase limpas dentro das membranas arqueadas, como é visto nas membranas de ácido graxo ligadas a éster de eucariotos e eubactérias. O que está acontecendo com a temperatura e essas estruturas de fitanil-lipídeos ligadas ao éter não está totalmente claro.

WEINER: Há alguns anos, houve um relato de fago no oceano (3), também em concentrações muito altas, fazendo com que o oceano parecesse uma grande placa de Petri. Você também já procurou fago em suas amostras?

DELONG: Este é um grande problema na ecologia microbiana. Nós não olhamos para isso nós mesmos.

MARGULIS: Você viu alguma ligação éster nos lipídios de algum de seus Crenarchaeota?

DELONG: Não podemos responder a essa pergunta neste momento, porque todos os organismos que examinamos até agora são de uma maneira, forma ou forma, populações mistas, que incluem bactérias com ácidos graxos ligados a ésteres contendo lipídios. Encontramos tetraéteres associados à crenarchaea de baixa temperatura, mas não podemos dizer com certeza o que mais pode estar lá.

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Cultivo de crenarqueotes de solo mesofílico em culturas de enriquecimento de raízes de plantas. / Simon, Holly M. Jahn, Courtney E. Bergerud, Luke T. Sliwinski, Marek K. Weimer, Paul J. Willis, David K. Goodman, Robert M.

Resultado da pesquisa: contribuição para o jornal ›Artigo› revisão por pares

T1 - Cultivation of mesophilic soil crenarchaeotes in enrichment cultures from plant roots


8.14D: Nonthermophilic Crenarchaeota - Biology

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