ARCHAEA DOMAIN: SZÁRMAZÁS, JELLEMZŐK, OSZTÁLYOZÁS, TÁPLÁLKOZÁS - BIOLÓGIA - 2026

Az archaea tartomány vagy az archaea királyság az élet három területének egyikét képviseli. Mikroszkopikus egysejtű prokarióta szervezetekből áll, amelyek nagyon hasonlóak, ugyanakkor sok szempontból nagyon különböznek a baktériumoktól és az eukariótáktól.

Ennek a csoportnak a létezését rövid idővel, többé-kevésbé az 1970-es évek végén, Carl Woese vezette kutatói csoport bizonyította, aki úgy vélte, hogy az élet eukarióta és két típusú prokarióta organizmusra osztható: baktériumok és archaea, más néven archaebacteria.

A "Morning Glory" meleg források az USA-ban, a Yellowstone Nemzeti Parkban, amelynek színét archaea adta (Forrás: ZYjacklin a Wikimedia Commons-n keresztül). A Woese és munkatársai által végzett tanulmányok összehasonlító filogenetikai elemzéseken alapultak az összes RB szekvenciája között. élő lények, és a három domén fogalma megmarad, annak ellenére, hogy a szekvenciák óriási mennyiségűek, amelyeket továbbra is hozzáadnak a riboszomális RNS katalógusokhoz (adatbázisok).

Ezeknek a tanulmányoknak sikerült bepillantani annak a lehetőségébe, hogy az archaea testvércsoport az eukariótákhoz, annak prokarióta társaikkal (baktériumokkal) való hasonlóságai ellenére, így képesek voltak reprezentálni a prokarióták és az eukarióták közötti "hiányzó kapcsolatot".

Habár kevesen foglalkoznak archaea tanulmányozásával, és ezt a csoportot sok biológiai hallgató figyelmen kívül hagyja, úgy gondolják, hogy ezek a mikroorganizmusok az óceáni vizekben jelenlévő összes prokarióta több mint 20% -át teszik ki, 1 és 1 között. 5% a talajban, és a legelterjedtebb csoport a tengeri üledékekben és a geotermikus élőhelyekben.

Az archaea emellett "szélsőséges" körülmények között él, például forró forrásokban, sóoldatokban, nagyon magas hőmérsékleten és nagyon savas pH-val rendelkező környezetben, rossz élethelyzetű helyeken, ahol az oxigénkoncentráció nagyon alacsony vagy nulla, stb.

Ezek a mikroorganizmusok nagy ökológiai jelentőséggel bírnak, mivel számos biogeokémiai ciklusban részt vesznek, hozzájárulnak például a szén-, nitrogén- és kénciklushoz.

Evolúciós eredet és filogenetikai kapcsolatok

Három elmélet létezik Woese és munkatársai által javasolt élet három területének lehetséges eredetéről:

1. A baktériumok előbb elvándoroltak, és olyan vonalt képeztek, amely archaea és eukariótákat termelt.
2. A "proto-eukarióta" vonal eltér a teljesen prokarióta vonaltól (baktériumok és archaea)
3. Archaea eltért attól a vonaltól, amely később eukariótákat és baktériumokat váltott ki

1989-ben két kutató, Gogarten és Iwabe, önállóan javasolt egy módszert az összes élő organizmus filogenetikai elemzésére (ezt nem lehet megtenni az egyetlen génszekvencia-vizsgálatok alapján).

Iwabe felhasználta a génszaporodás "korai" eseményeiben előállított gének szekvenciáinak elemzését, "gyökeres" az életfát a meghosszabbítási tényezőket kódoló paralogue gének szekvenciájának összehasonlításával.

Az megnyúlási faktorok a GTP-kötő fehérjék, amelyek részt vesznek a transzlációban, különösen az amioacilezett transzfer RNS-molekulák riboszómákhoz történő kötésében és a peptidil-transzfer RNS transzlokációjában.

A három csoport szekvenciáinak összehasonlításának eredményei szerint az archaea meghosszabbítási faktorát kódoló gének hasonlóak az eukarióta organizmusokéhoz, mint a baktériumokéhoz.

Az élet fája (Forrás: Fájl: Összecsukott fa címkék egyszerűsítve.png) Az eredeti feltöltő TimVickers volt az angol Wikipedia-ban. Elisardojm fordítása a galicianhoz a Wikimedia Commons-n keresztül. A Gogarten viszont összehasonlította más gének szekvenciáit, amelyeket a duplikáció, különös tekintettel az archaea / eukariótákban és a baktériumokban található ATPase enzim V és F típusú alegységeire.

A Gogarten által kapott eredmények - a fentebb említettekhez hasonlóan - azt mutatják, hogy ezek az archaea gének (amelyek feltehetően genetikai párhuzamos eseményekből származtak) szorosabban kapcsolódnak az eukariótákhoz, mint a baktériumtársaikhoz.

Ezeket az érveket támasztotta alá a sok évvel később más kutató által végzett elemzés is, akik másolatú gének egy családjából származó szekvenciákat használtak, az átvivő RNS aminoacilszintetázok szekvenciáit, megerősítve az archaea és az eukarióták közötti "közelség" koncepcióját.

Woese fája

Woese életfája

Woese a Gogarten és Iwabe által végzett elemzéseket, valamint a riboszomális RNS-szekvenciákkal kapcsolatos egyéb tanulmányokat javasolta az életfájának "verziójára", ahol nyilvánvalóvá válik, hogy az archaea és az eukarióták "testvércsoportokat" alkotnak, külön a baktériumok, bár az archaea és a baktériumok közötti riboszómális RNS-szekvenciák hasonlóak egymáshoz.

Az archaea domén általános jellemzői

Az Archaea ismert néhány nagyon sajátos tulajdonsággal (saját), valamint olyan jellemzők "kombinációival", amelyekről azt gondolják, hogy kizárólag a baktériumok vagy az eukarióta szervezetek számára ismertek.

- A baktériumokhoz hasonlóan az archaea prokarióta szervezetek is, vagyis a genetikai anyagot nem zárja be membrán (nincsenek maguk) és nincsenek membrán citoplazmatikus organellák.

- Általában ezek a baktériumokhoz hasonló méretű mikroorganizmusok, DNS-jük egy kör alakú kromoszóma és néhány kisebb, kör alakú fragmens, plazmidok néven ismertek.

- Ugyanazon topoizomeráz és giráz enzimek jelenléte oszlik meg a baktériumokkal, ami „közvetett” bizonyítékot jelent a „közelségre” mindkét organizmuscsoport kromoszómális szerkezete szempontjából.

- Az archaea gének ugyanakkor nagy homológiát mutatnak számos eukarióta géntel, különösen azokkal, amelyek felfedezése antibiotikumokkal végzett vizsgálatok eredményei.

- Az eukarióták és az archaea replikációjának, transzkripciójának és transzlációjának mechanizmusa nagyon hasonló, különösen a DNS-polimeráz enzim tekintetében.

- A fehérjéket kódoló gének nem tartalmaznak intront (de mások is), ellenkező esetben az eukarióta gének. Ezen túlmenően az archaea hisztonszerű fehérjék kapcsolódnak a DNS-hez, jelen vannak az eukariótákban és hiányoznak a baktériumokban.

- Jellemzik az izoprenil-éter-lipidek jelenléte sejtmembránjaikban, valamint az acil-észter-lipidek és a zsírsav-szintetáz hiánya.

- RNS-polimeráz enzimének egyik alegysége meg van osztva, és hírvivő RNS-jének, akárcsak a baktériumoknak, nincs „motorháztető” (angol kapszulából) az 5'-végükön.

- Az antibiotikumokkal szemben nagyon érzékeny tartományban vannak, és a II. Típusú restrikciós enzimek nagyon hasonlóak a baktériumokkal kapcsolatban leírtakhoz.

- Egy másik fontos tulajdonság annak a ténynek a köze van, hogy az archaea nagy részén sejtfal van, de a baktériumokkal ellentétben ez nem peptidoglikánból áll.

A membrán lipidek jellemzői

Az archaea membrán lipidjei jelentősen különböznek a baktériumokban és az eukarióta szervezetekben található lipidjektől, és ezt nagyon fontos differenciális tulajdonságnak tekintik.

Az amfipátiás (hidrofil poláris végű és hidrofób apoláris végű) molekulák közötti fő különbség az, hogy a glicerinrész és az archaea lipidek zsírsavláncai közötti kötés éterkötéssel, míg a A baktériumok és az eukarióták észterkötésnek felelnek meg.

Egy másik fontos különbség az, hogy az archaea lipidek zsírsavakkal rendelkeznek, amelyekre jellemző az erősen elágazó izopropil-láncok metilcsoportokkal való jelenléte, míg az eukariótákban és a baktériumokban túlnyomórészt elágazó láncú zsírsavak vannak.

Az eukarióták és a baktériumok lipidei "egy glicerin gerincére" épülnek, amelyhez a zsírsavláncok az 1. és 2. szénatomnak megfelelő helyzetben észterezhetők, de archaea glicerin-éterek savakat tartalmaznak zsíros a 2. és 3. helyzetben.

Egy másik különbség a membrán lipidek vonatkozásában a bioszintézis útvonalához kapcsolódik, mivel néhány enzim archaea-ban is különbözik.

Például néhány archaea fajtában van egy bifunkcionális prenil-transzferáz enzim, amely felelős mind a szkvalén szintézise, ​​mind a gliceril-lipid izoprenoidok szintézisének előállításáért. Baktériumokban és eukariotákban ezeket a funkciókat különálló enzimek hajtják végre.

Az archaea osztályozása

Az archaea riboszómális RNS-k kicsi alegységeinek szekvenciáinak adatai szerint ezt a csoportot elsősorban két "phyla" -ra osztják, melyeket a Creed Crenarchaeota és az Euryarchaeota Phylum néven ismernek, amelynek tagjai fentiek mindegyik in vitro termesztett archaea.

A nemrégiben ismertetett archaea sokaságát azonban nem tenyésztették in vitro, és csak távoli kapcsolatban állnak azokkal a szekvenciákkal, amelyeket laboratóriumokban tartott fajokból izoláltak.

Phylum Crenarchaeota

Ezt a csoportot elsősorban hipertermofil és termoacidofil archaea fajok alkotják, vagyis azok az archaea nemzetségek, amelyek szélsőséges környezetben élnek extrém hő- és pH-feltételek mellett.

Egyetlen taxonómiai osztályból áll, úgynevezett Thermoprotei néven, amelyen belül az alábbi öt taxonómiai sorrend van: Acidilobales, Desulfurococcales, Fervidicoccales, Sulfolobales és Thermoproteales.

Az említett osztályokhoz tartozó nemzetségek néhány példája lehet a Sulfolobus, a Desulforococcus, a Pyrodictium, a Thermoproteus és a Thermofilum nemzetségek.

Phylum Euryarchaeota

Ennek a csoportnak a tagjai kissé szélesebb ökológiai tartományban vannak, és benne lehet hipertermofil, metanogén, halogén vagy akár termofil metanogén fajok, denitrifikáló archaea, kén redukáló, vas oxidáló és néhány szerves trófea.

Az Euriarchaeotes számára leírt taxonómiai osztályok nyolc és Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Methanomicrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Thermococci és Thermoplasmata néven ismertek.

Az ebbe a csoportba tartozó archaea számos elterjedt, talajban, üledékben és tengervízben, valamint a leírt szélsőséges környezetekben található.

Phylum Thaumarchaeota

Ezt a védettséget viszonylag nemrégiben határozták meg, és a hozzá tartozó fajok közül nagyon keveset tenyésztettek in vitro, ezért kevés ismeretes ezekről az organizmusokról.

Az élvonalbeli tagok minden energiát az ammónia oxidációjából nyerik, és az egész édesvízi víztestben, talajban, üledékben és termálvízben eloszlik.

Törzsek korarchaeota , aigarchaeota és Goarchaeota

Néhány szakember, a genomi szekvenciák elemzése alapján, a közelmúltban meghatározta további három phyla létezését az Archaea királyságban, bár az e phyla számára javasolt fajokat még nem izolálták laboratóriumban.

Általában ezen phyla tagjait sok szárazföldi és tengeri ökoszisztéma felszínén találták meg, de meleg forrásokban és mélytengeri hidrotermikus rendszerekben is.

Táplálás

A legtöbb archaea faj kemotróf organizmusokkal rendelkezik, vagyis képesek erősen redukált szervetlen vegyületek felhasználására, hogy megszerezzék az anyagcsere-mechanizmusuk "mozgatásához" szükséges energiát, különösen ami a légzéssel kapcsolatos.

Azok a szervetlen molekulák "specifitása", amelyeket szubsztrátként használnak energia előállítására, attól a környezettől függ, ahol az egyes fajok fejlődnek.

Más archaea, valamint a növények, algák, bryophytes és cianobaktériumok képesek fotoszintézisre, vagyis felhasználják és átalakítják a nap sugarai fényenergiáját felhasználható kémiai energiává.

Bizonyos archaea-kból kimutatták, hogy néhány kérődző állat (köztük tehén, juh, kecske stb.) Gyomorában (bendőjében) lakik, ezért ezeket "kölcsönös archaea" -nak kell besorolni, mivel ezek fogyasztják a rost része, amelyet ezek az állatok fogyasztanak, és együttműködik annak egyes alkotóelemeinek emésztésével.

Reprodukció

A baktériumokhoz hasonlóan az archaea egysejtű organizmusok is, amelyek szaporodása kizárólag aszexuális. Az in vitro fenntartott fajokról leírt fő mechanizmusok a következők:

- Bináris hasítás, ahol minden egyes ív felére van osztva, hogy két azonos cellát hozzunk létre

- Alkotó vagy "fragmentáció", amikor a sejtek "fragmentumokat" vagy "részeket" vetnek el önmagukból, amelyek képesek új, genetikailag azonos sejtek képzésére.

Habitat

Az archaea elsősorban a „szélsőséges” környezettel kapcsolatos, azaz azok a természetes helyek, amelyek komoly korlátozásokat vezetnek be az élőlények normál fejlődéséhez, különösen a hőmérséklet, a pH, a sótartalom, az anaerobiosis (az oxigén hiánya) stb.; ezért tanulmányuk rendkívül érdekes, mivel egyedi adaptációkkal rendelkeznek.

A nem tenyésztett mikroorganizmusfajok (laboratóriumban izolált és in vitro tartott) azonosítására szolgáló legújabb molekuláris elemzési módszerek azonban lehetővé tették az archaea jelenlétének észlelését olyan mindennapi környezetben, mint a talaj, egyes állatok bendője, óceánvizek és tavak, többek között.

A természetben azonosított archaák nagy részét azonban az általuk használt élőhely szerint osztályozzák, a "hipertermofilek", "acidofilek" és "extrém termoacidofilek", "extrém halogénerek" kifejezések az irodalomban ismertek. és "metanogének".

A hipertermofil archaea által elfoglalt környezeteket nagyon magas állandó hőmérsékletek jellemzik (jóval a "normál" hőmérsékletek felett, amelyeknek a legtöbb élőlényt ki vannak téve).

A szélsőséges acidofilek környezetét viszont az jellemzi, hogy a pH-érték nagyon alacsony, és ezeket magas hőmérsékletekkel is meg lehet különböztetni (extrém termoacidofilek), míg a szélsőséges halogéneket tartalmazó környezetekben nagyon magas a sók koncentrációja..

A metanogén archaea oxigén vagy anaerobiosis hiányában él, olyan környezetben, ahol más molekulákat használhat elektronakceptorokként anyagcseréjükben, és képesek metánt termelni anyagcserés „hulladékként”.

Példák az archaea fajokra

Számos ismert archaea faj létezik, de csak néhányat említik itt.

Ignicoccus hospitalis és Nanoarchaeum equitans

Az I. hospitalis az Ignicoccus néven ismert crenarqueote nemzetségbe tartozik, és egy olyan kemolitóautotróf szervezet, amely molekuláris hidrogént használ fel elektron donorként a kén redukciójára. Ennek a fajnak a legkisebb genomja van az eddig in vitro leírt archaák közül.

Az I. hospitalis úgy viselkedik, mint egy másik faj "parazita" vagy "szimbiónja": a Nanoarchaeum equitans. Ez utóbbit nem tenyésztették in vitro, és genomja a legalacsonyabb a leírt nem tenyésztett archaák közül.

Elsősorban tengeri környezetben él, és nem rendelkezik génekkel lipid-, aminosav-, nukleotid- vagy kofaktor-bioszintézishez, tehát a kísérleti eredmények azt sugallják, hogy ezeket a molekulákat az I. hospitalis-nal való kölcsönhatása révén nyeri el.

Acidilobus saccharovorans

Ez a termoacidofil anaerob archaea faja, vagyis rossz környezetben él, vagy teljesen mentes az oxigénből, magas hőmérsékleten és rendkívül alacsony pH-értéken. Először Kamcsatka földi meleg forrás testében találták meg.

Staphylothermus hellenicus

Ez az archa a Crenarqueotas széléhez tartozik, különös tekintettel a Desulfurococcales rendjére. Hipertermofil heterotróf archaea (nagyon forró környezetben él) és ként igényel az energiaellátáshoz.

Irodalom

1. Belfort, M. és Weiner, A. (1997). Egy másik híd a királyságok között: a tRNS archeában és eukariótákban splicing. Cell, 89 (7), 1003-1006.
2. Berg, IA, Kockelkorn, D., Ramos-Vera, WH, Say, RF, Zarzycki, J., Hügler, M.,… és Fuchs, G. (2010). Autotróf szén rögzítés az archaában. Nature Reviews Microbiology, 8 (6), 447.
3. Brown, JR és Doolittle, WF (1997). Archaea és a prokarióta-eukarióta átmenet. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 61 (4), 456-502.
4. Chaban, B., Ng, SY és Jarrell, KF (2006). Régészeti élőhelyek - a szélsőségektől a közönségig. Kanadai mikrobiológiai folyóirat, 52 (2), 73-116.
5. Gambacorta, A., Trincone, A., Nicolaus, B., Lama, L. és De Rosa, M. (1993). Az Archaea lipideinek egyedi tulajdonságai. Systematic and Applied Microbiology, 16 (4), 518-527.
6. Junglas, B., Briegel, A., Burghardt, T., Walther, P., Wirth, R., Huber, H., és Rachel, R. (2008). Ignicoccus hospitalis és Nanoarchaeum equitans: ultrastruktúra, sejt-sejt kölcsönhatás és 3D rekonstrukció fagyasztva helyettesített sejtek sorozatos szakaszaiból és elektronkrotomográfiával. Mikrobiológiai archívum, 190 (3), 395–408.
7. Klenk, HP és Göker, M. (2010). Útközben az Archaea és a baktériumok genom alapú osztályozásához? Szisztematikus és alkalmazott mikrobiológia, 33 (4), 175-182.
8. Offre, P., Spang, A., és Schleper, C. (2013). Archaea a biogeokémiai ciklusokban. Éves áttekintés a mikrobiológiáról, 67, 437-457.
9. Winker, S. és Woese, CR (1991). Az Archaea, a baktériumok és az Eucarya domének meghatározása a kis alegység riboszómális RNS jellemzői alapján. Szisztematikus és alkalmazott mikrobiológia, 14 (4), 305-310.
10. Wu, D., Hugenholtz, P., Mavromatis, K., Pukall, R., Dalin, E., Ivanova, NN,… és Hooper, SD (2009). A baktériumok és az Archaea filogenia által vezérelt genomi enciklopédia. Nature, 462 (7276), 1056.