1 Professores: Admir J. Giachini Andrea de Lima Pimenta Daniel Santos Mansur.

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Professores:Admir J. GiachiniAndrea de Lima PimentaDaniel Santos Mansur

Grupos de seminários (02/12/2013)

25 min apresentação e 15 min discussão

Margareth, Thays, Manuel, Rodolfo, Maíra (08:00-08:40)Artigo: Molecular Bacteria-Fungi Interactions

Ana Carolina, Danielle, Vânia, Francisco, Roniele (08:40-09:20)Artigo: Strategies for mining fungal products

Ana Paula M, Mariana M, Victor, Elmahdy, Vagner (09:20-10:00)Artigo: Poxyviruses and host antiviral defenses

Anabel, Mariana R, Renato, Ana Paula G, Marília (10:20-11:00)Artigo: Reprogramming microbes to be pathogen-seeking killers

Bianca, Iris, Roberta, Luana, Greicy (11:00-11:40)Artigo: Small molecules disassembling biofilms

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•Biogênese: Omne vivum ex vivo (Pasteur, 1864)

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Origem da vida na terra - biogênese

•Áreas que estudam a biogênese• Astrofísica

• Cosmoquímica

• Planetologia

• Biologia evolutiva

• Paleobioquímica

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•A idade dos mitos• Deuses que por invocação criaram a terra, a

água, as coisas, etc.

• Vida vinda da água, que rodeava a terra, que era rodeada pelo céu e juntos formavam o cosmos

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•Período medieval• Teoria da geração espontânea

• Século XVII: Buffon e Needham x Spallanzani

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•Progresso histórico - Comte (1798-1857)• Estágio 1: período teológico e mitológico – realidade

descrita como resultado de forças sobrenaturais (politeísmo, monoteísmo, animismo)

• Estágio 2: idade da metafísica – seres sobrenaturais (deuses) são substituídos por termos abstratos, poderes ou entidades

• Estágio 3: idade científica ou do positivismo – unificação da teoria e prática que é fruto do pensamento racional e da observação nos permitindo reconhecer relações e similaridades

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•Estágio 3• Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980)

• Oparin: Bakh Institute of Biochemistry in Moscow

• Hipóteses de Oparin

• Biogênese como discussão científica

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http://www.valencia.edu/~orilife/textos/The%20Origin%20of%20Life.pdf

Surgimento da vida na terra

• Atmosfera primitiva – redutora ou oxidativa?• Redutora: a terra coalescendo devagar, gerando pouco

calor, o Fe exposto na superfície capturaria todo o oxigênio molecular. Assim, a atmosfera primitiva seria basicamente constituída de H2O, H2, N, NH3, CH4 com pouco CO ou CO2 (Oparin, 1924 – Oparin e Haldane)

• Ligeiramente oxidativa: a terra coalescendo rápido, gerando muito calor, a maioria do Fe derreteria e escorreria para o centro da terra, permitindo com que o O2 combinasse com CO2. Assim, a atmosfera primitiva seria constituída basicamente de H2O, CO e CO2, com traços de N, SO3

2-, NH3, CH4 e pouco O29


• Atmosfera primitiva – redutora• Terra sujeita a várias fontes de energia (descargas

elétricas, radiação solar, calor de vulcões, etc.)

• Essas fontes de E propiciaram a formação de pequenas moléculas orgânicas

• As substâncias químicas se acumularam na hidrosfera, o que então se tornou uma “sopa diluída” a partir da qual as primeiras formas vivas evoluíram espontaneamente

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• Água na terra: surgiu a ± 4 bilhões de anos, demonstrado pela presença de rochas sedimentares (3,8 bilhões de anos) na Groelândia, que requerem água para se formar

• Primeiramente expelida por vulcões, expandiu e se resfriou, e então se condensou e caiu na forma de chuva

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•A elevada temperatura da crosta da terra fez com que a água da chuva evaporasse antes de tocar o solo, resultando em ciclos contínuos de expansão, resfriamento, condensação e chuva, iniciando o ciclo da água

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• Essa água vagarosamente esfriou a superfície da terra, permitindo com que gotas se formassem, dando origem a pequenas poças, fontes, lagos, rios e oceanos

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•Considerando que a água era acídica (CO2, SO2, etc.), a água dissolveu a porção granítica da superfície basáltica liberando sal para salinização e formação dos oceanos

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• A ± 4,5 bilhões de anos a terra era um lugar inospitável

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http://en.wikipedia.org

•Cerca de 1 bilhão de anos mais tarde apareceram os primeiros organismos capazes de metabolizar (capacidade de acumular e modificar nutrientes e energia) e de reproduzir-se (capacidade de gerar indivíduos como eles)

•provavelmente anaeróbios termofílicos (como geravam energia?)

Como eles chegaram aqui?

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• Teoria criacionista• Antes do século XVII a maioria das pessoas acreditava que Deus criou o

homem e que outras criaturas menores fossem criadas via geração espontânea a partir da MO em decomposição

17http://quiprona.wordpress.com/2011/01/29/o-ensino-da-teoria-da-evolucao-e-a-ficha-que-ainda-nao-caiu/

Teorias sobre a biogênese

Teorias sobre a biogênese• A sopa primordial: propõe que os primeiros organismos eram

organotróficos termofílicos anaeróbios (como a maioria dos fermentadores) que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos orgânicos

•Reações químicas formaram ácidos graxos, açúcares, aminoácidos, purinas, pirimidinas, nucleotídeos, e polímeros (± 4,1 Ba) quando a atmosfera foi exposta a descargas elétricas e radiação UV

•Acúmulo de compostos gerou os primeiros “nichos” de vida na terra

•Agregação espontânea de lipídios e proteínas (3,9 Ba) propiciou a formação de membranas primitivas e internamente incorporada a combinação certa de componentes químicos orgânicos e inorgânicos – mas não na forma de coacervados como se pensava anteriormente (Oparin 1936)

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• Miller-Urey (University of Chicago) nos anos 50, recriaram, num balão, como teria sido a formação das reações químicas responsáveis pela criação da vida – água, CH4, NH3, H2, descargas elétricas, produzindo moléculas como formaldeído (CH2O ou HCHO) e cianeto de hidrogênio (HCN), precursores da glicina

19http://www.goldiesroom.org/Note%20Packets/21%20Evolution/00%20Evolution--WHOLE.htm


• Miller-Urey (University of Chicago) nos anos 50, recriaram, num balão, como teria sido a formação das reações químicas responsáveis pela criação da vida – água, CH4, NH3, H2, descargas elétricas, produzindo moléculas como formaldeído (CH2O ou HCHO) e cianeto de hidrogênio (HCN), precursores da glicina

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Miller, Stanley L. (May 1953). "Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions" (PDF). Science 117(3046): 528–9. Bibcode 1953Sci...117..528M.doi:10.1126/science.117.3046.528. PMID 13056598.

Miller, Stanley L.; Harold C. Urey (July 1959). "Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth". Science 130(3370): 245–51. Bibcode 1959Sci...130..245M.doi:10.1126/science.130.3370.245. PMID 13668555. Miller states that he made "A more complete analysis of the products" in the 1953 experiment, listing additional results.


• Miller-Urey (University of Chicago)

CO2 → CO + [O] (atomic oxygen)

CH4 + 2[O] → CH2O + H2O

CO + NH3 → HCN + H2O

CH4 + NH3 → HCN + 3H2

•Formaldeido (CH2O), ammonia e cianeto de H (HCN) reagem formando:

CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O

NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2-COOH (glicina)

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• Mesma condição em meteoro encontrado na Austrália e também no espaço sideral - 90 aa diferentes (19 deles encontrados na terra)

• Meteoritos carbonáceos também têm Adenina (HCN)5 e Guanina (HCN)5O

• Onde nascem as estrelas há uma abundância de H2O, NH3, CH2O e HCN, compostos da sopa primordial

• Essa situação só seria possível numa atmosfera redutora, e não oxidativa como é hoje

• Hipóteses mais recentes duvidam da atmosfera redutora da terra mas mostram que o H constituía cerca de 40 % dos gases terrestres (o sol é basicamente composto de H)

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• Teoria do mundo de RNA• Walter Gilbert, da Harvard University, em 1986, sugeriu que tudo se

originou a partir de um precursor de RNA – o mundo do RNA, onde essa molécula catalisou todas as reações necessárias para que o último ancestral comum sobrevivesse e se replicasse

Gilbert, W. (1986). "Origin of life: The RNA world". Nature 319 (6055): 618.


• Teoria do mundo de RNA• Na verdade essa hipótese foi primeiro sugerida por Carl Woese (Univeristy

of Illinois) na década de 60, e mais tarde também adotada por Francis Crick (Medical Research Council in England) e Leslie Orgel (Salk Institute in San Diego)

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Carl Woese

http://www.astrobio.net/amee/summer_2008/Interviews/AnthonyPooleInterview.php

Francis Crickhttp://estudante-de-biogeo-11.blogspot.com/2008_10_01_archive.html

Leslie Orgelhttp://www.nytimes.com/2007/11/05/us/05orgel.html


• Teoria do mundo de RNA• No entanto, quem tenta explicar essa teoria encontra um paradoxo

• Qual é esse paradoxo?

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• Ácidos nucléicos somente são sintetizados com o auxilio de proteínas

• Proteínas somente são sintetizadas se a sequência de nucleotídeos correspondente estiver presente

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• É muito improvável que ambas originaram-se espontaneamente no mesmo lugar e ao mesmo tempo

• É muito improvável que um tenha sido gerado sem a presença do outro

• Isso gera indícios que, aparentemente, a vida não poderia ter sido gerada através de simples reações químicas

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• Teoria do mundo de RNA• Esse RNA teria, subsequentemente, a habilidade de ligar aminoácidos para

formar proteínas

• Esse cenário só é possível se o RNA prebiótico tivesse 2 condições que não são evidentes hoje:

• A capacidade de se replicar sem o auxílio de proteínas• Habilidade de catalisar cada passo da síntese de proteínas

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• Teoria do mundo de RNA

• A descoberta de ribozimas, enzimas de RNA, em trabalhos independentes em duas universidades dos EUA nos anos 80 deu credibilidade para essa teoria

• Essas ribozimas conseguem ligar nucleotídeos, como se faz na síntese de RNA ou DNA

• Leva a indícios de que, dessa forma, existiu um ancestral comum as formas de vida, dando suporte a teorização do mundo de RNA

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• Teoria do mundo de RNA• Como explicar a questão de existir um ancestral comum?

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• Teoria do mundo de RNA• Como explicar a questão de existir um ancestral comum?

• Coisas vivas consistem de compostos orgânicos similares (ricos em C)

• Roll de proteínas sintetizadas a partir de 20 aminoácidos

• Essas proteínas incluem enzimas essências ao desenvolvimento, sobrevivência e reprodução

• Organismos contemporâneos carregam sua informação genética em ácidos nucleicos (DNA e RNA) e usam o mesmo código genético

• Esse código genético define o roll de aminoácidos, proteínas e o funcionamento do organismo

Dessa forma a questão muda para: que série de reações químicas criou esse sistema interdependente de ácidos nucleicos e

proteínas?

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• Teoria do mundo de RNA• Problemas com esse modelo:

• A síntese de proteínas de forma independente (explicada anteriormente)

• Baixa concentração dos constituintes iniciais para síntese da molécula

• Instabilidade das riboses: dentre os carboidratos é uma das mais instáveis (73´ a 373 K subindo para 44 anos a 273 K)

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• Teoria do RNA piranosílico (6 carbonos): • Eschenmoser (1996) e outros sugerem molécula chamada de RNA

piranosílico como precursora da vida no planeta

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RNA piranosílico


• Teoria do RNA piranosílico (6 carbonos): • Eschenmoser (1996) e outros sugerem molécula chamada de RNA

piranosílico como precursora da vida no planeta

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http://cas.bellarmine.edu/tietjen/Ecology/chemical_etiology_of_nucleic_aci.htm


• Teoria da origem dos constituintes do espaço (panspermia) ou de fendas marinhas (vulcões)• Teoria antiga (Arrhenius 1859-1927) mas, mesmo em tempos relativamente

recentes ela ressurge• Francis Crick & Leslie Orgel (1985): artigo sobre vinda de formas vivas em

veículo espacial para a terra

35http://tallbloke.files.wordpress.com/2011/02/amersham.jpg

Io9.com


• Teoria da origem dos constituintes do espaço (panspermia) ou de fendas marinhas (vulcões)

• Vulcões como fonte dos elementos iniciais para síntese de biomoléculas • Vulcões como fonte de energia na forma de calor e de descargas elétricas• A atividade de vulcões 4 bilhões de anos atrás era muito mais intensa do que

hoje• Muitos minerais catalíticos ativos estão presentes ao redor e em vulcões

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ign.combbc.co.uk

• Elementos que poderiam incitar a formação de precursores da vida:

• Energia do interior da terra e de vulcões

• Energia na forma de UV do sol

• Radiação de alta energia: isótopos 40K, 238U, 235U and 232Th (na decomposição geram energia do tipo α-, β- and γ)

• Descargas elétricas (sua decomposição pode liberar energia para ionização e ativação)

• Ondas de choque (raios, explosões vulcânicas, impactos de meteoritos, etc.)

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• Teorias de superfície: propõe que os primeiros organismos eram litotróficos termofílicos anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos inorgânicos

• Pirita (Wächtershäuser, 1988): Fe-S (teoria quimioautotrófica)

38http://en.wikipedia.org

Rauchfuss, 2008


• Teorias de superfície: propõe que os primeiros organismos eram litotróficos termofílicos anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos inorgânicos

• Pirita:

• O Fe da pirita apresenta cargas positivas e permite a ligação de fosfatos (PO4

3-) possibilitando reações de polimerização

• A polimerização de lipídios criou membranas semipermeáveis através das quais foi possível gerar e manter um gradiente de prótons, produzindo energia para a síntese das reações sintéticas envolvendo compostos orgânicos gerados tanto dentro quanto fora da membrana

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• Teorias de superfície: propõe que os primeiros organismos eram litotróficos termofílicos anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos orgânicos

• Partículas de argila:

• Graham Cairns-Smith (University of Glasgow) propôs, na década de 70, que a origem teria sido inorgânica, na configuração de cátions em partículas de montmorilonita como o repositor da informação genética

• Seven clues to the origin of life (1995)

40http://environment.uwe.ac.uk/geocal/SoilMech/classification/soilclas.htm


• Teoria evolucionista/evolutiva• Século XIX duas hipóteses derrubaram a teoria da geração espontânea:

• Pasteur e o experimento do pescoço de cisne

• Darwin e Wallace e a teoria da maior adaptabilidade resultando maior sucesso reprodutivo, fazendo com que suas proles herdem e perpetuem essas características (pressão ambiental seleciona características mais apropriadas)

• Seleção natural faz com que indivíduos simples evolvam a indivíduos mais complexos

• Variações impostas pela seleção natural e incorporadas são responsáveis pela variabilidade genética e a criação de novos indivíduos

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• Como definir VIDA• Pelo menos 100 atributos para definir o que é vivo (Clark, 2002)• Algumas características comuns a todas as formas de vida

• Capacidade de auto replicação (reprodução)• Presença de eventos de mutação: variabilidade• Capacidade metabolizante

“Life is a system which is self-sustaining by utilizing external energy/nutrients owing to its internal process of component production and coupled to the medium via adaptive changes which persist during the time history of the system” (Luisi, 1998)

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Clark B (2002) Second Astrobiology Conference, NASA-Ames Research Center http://www.astrobiology.com/asc2002/abstract.htmlLuisi PL (1998) About various definitions of life. Origins Life Evol Biosphere 28:613-622 http://www.astro.iag.usp.br/~amancio/aga0316_artigos/Luisi98.pdf

Evolução da atmosfera• A atmosfera evoluiu a medida que o O2 tornou-se mais abundante (± 2,5 Ba)

• O conteúdo de O2 aumentou gradativamente

• 0,1 % de O2 na atmosfera depois de 0,1 Ba (± 2,4 Ba)

• 1,0 % de O2 na atmosfera depois de 0,5 Ba (± 2 Ba)

• 10 % de O2 na atmosfera depois de 1 Ba (± 1,5 Ba)

• 21 % de O2 na atmosfera depois de 1,6 Ba (± 0,9 Ba)

• Organismos evoluíram (maior diversidade) com a mudança de uma atmosfera reduzida a uma oxidada (O2 como aceptor final de eletrons)

• A diversidade microbiana aumentou ± 0,5 Ba depois do início da geração de O 2

• Eucarióticos modernos evoluíram ± 1,3 Ba (1,2 Ba após o início da geração de O 2)

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• Mutações (UV e outros) e a seleção natural fizeram com que microrganismos mais adaptados aparecessem, com parede celular distinta, distintas capacidades biossintéticas, membranas mais complexas, citocromos, clorofilas, fazendo, assim, com que surgissem os fototróficos que obtêm energia do sol e carbono de compostos inorgânicos

• Fotossintetizantes anoxigênicos: • Evoluíram cerca de 0,2 Ba depois dos primeiros organismos• Usavam apenas o fotossistema I

• Fotossintetizantes oxigênicos:• Evoluíram cerca de 1,2 Ba depois dos primeiros organismos• Usavam tanto o fotossistema I quanto o II

44http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis

Evolução da atmosfera

O processo evolutivo• Processo de mudanças pelos quais organismos vivos passam e estão sujeitos

• Evidência do processo evolutivo é visto nos fósseis (paleontologia), nos estudos comparativos sobre a estrutura dos organismos (anatomia comparativa), bioquímica, embriologia e biogeografia

45http://www.goldiesroom.org/Note%20Packets/21%20Evolution/00%20Evolution--WHOLE.htm

O processo evolutivo• Leslie Orgel (1997): cerca de 2 milhões de espécies vivas• Michael Rosenzweig (2003) – Ecologia reconciliatória: 2 a 100 milhões de espécies vivas• Mark Neumann (1994): 99.9% de todas as espécies vivas já foram extintas• ± 2 bilhões de espécies evoluíram nos últimos 600 milhões de anos• Portanto, qual é o período de existência de uma determinada espécie ou a razão/velocidade de extinção?

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http://blog.claudiocrow.com.br/album/default/10

Michael Rosenzweig

O processo evolutivo• Leslie Orgel (1997): cerca de 2 milhões de espécies vivas• Michael Rosenzweig (2003): 2 a 100 milhões de espécies vivas• Mark Neumann (1994): 99.9% de todas as espécies vivas já foram extintas• ± 2 bilhões de espécies evoluíram nos últimos 600 milhões de anos• Portanto, qual é o período de existência de uma determinada espécie ou a taxa de extinção?

Número de espécies= 1.980.000.000

Período = 600 milhões

Número espécies extintas/ano = 3,3 espécies

• Uma espécie típica é extinta ± 10 milhões

de anos depois de sua primeira aparição

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http://blog.claudiocrow.com.br/album/default/10

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EucaryaBacteria

Archaea

• ArchaeaArchaea• Fósseis do período Precambriano (3,8 Ba) têm sido detectados na

Groelândia, sendo os mais antigos fósseis conhecidos

49http://www.fossilmuseum.net/fossilrecord/images/erosion.jpg

Evolução e os fósseis

• ArchaeaArchaea• Como definir se o fóssil pertence a uma bactéria ou a uma Archaea?

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• ArchaeaArchaea• Como definir se o fóssil pertence a uma bactéria ou a uma Archaea?

• Presença de estruturas como isoprenos/isoterpenos (CH2=C(CH3)CH=CH2) das membranas

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Evolução e os fósseisIt’s just astounding to see how constant, how conserved, certain sequences motifs – proteins, genes – have been over enormous expanses of time. You

can see sequence patterns that have persisted probably for over three billion years. That’s far longer than mountain ranges last, than continents retain

their shape

É impressionante verificar o quão constante, conservado, certas sequências – proteínas, genes – tem sido por períodos de tempo muito grandes. Você pode ver que o padrão das sequências tem persistido por, provavelmente,

mais de 3 bilhões de anos. Isso é muito mais tempo que o tempo de existência de uma cadeia de montanhas, ou mais tempo que aquele nos

quais os continentes mantêm sua forma

(Carl Woese, 1997)

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Evolução e os fósseis• Bacteria: fósseis do período Precambriano (3,5 Ba) - cianobactérias em

estromatótilos (aglomerações de cianobactérias com deposições de carbonatos)

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http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/bacteriafr.html

1 Ba

espécie atual

http://www.crikey-adventure-tours.com/images/Stromatolites_underwater_md.jpg



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• Eukarya• Fósseis de Eukarya conhecidos do Proterozóico (2,5 Ba – 543 Ma): algas (?)• Fósseis de animais somente do período Vendiano (650 – 543 Ma) e Cambriano (542 – 488,3

Ma): trilobitas e braquiopodes• Como detectar se são fósseis de eucariotos?

56http://www.ideofact.com/archives/trilobite.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Brachiopod


• Eukarya• Presença de esteranos (produtos de esteróis das membranas) – precursor dos

esteróis

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http://en.wikipedia.org/wiki/Brachiopod

1,500 Fungos

Archaea e BacteriaCianobactérias

• A partir de um ancestral comum foram criados inúmeras formas de vida• Variabilidade genética aumentou• Necessidade de classificar (sistemática) e dar nome aos indivíduos (taxonomia)• Os sistemas de classificação

• Variação ampla• Reclassificações constantes• Controvérsias• Indefinições ainda persistem

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Classificação e nomenclatura

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simpsonstrivia.com.arsimpsonstrivia.com.ar

• Os sistemas de classificação• 2 reinos – Aristótoles (384 – 322 AC): animais e plantas• 3 reinos (2 proposições)

– Linnaeus (1707 – 1778):

Regnum Animale

Regnum Vegetabile

Regnum Lapideum (minerais)

– Haeckel (1866)

Reino Protista (unicelular)

Reino Plantae (multicelular)

Reino Animalia (multicelular)

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vida

vida



• Os sistemas de classificação• 4 reinos – Copeland (1938)

Reino Monera (procariotos, p. ex. bactérias e algas verde-azuladas)

Reino Protista (eucariotos unicelulares, p. ex. leveduras)

Reino Plantae

Reino Animalia

• A partir de 1960 a criação dos “Impérios” ou “Domínios” acima de Reino, proposta por Chatton

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vida


• Os sistemas de classificação• 5 reinos – Whittaker (1969)

• Veja a adoção do sistema de impérios

Reino Monera (unicelulares mais simples)

Reino Protista (unicelulares mais simples)

Reino Plantae (autotrofos multicelulares)

Reino Fungi (saprotrofos multicelulares)

Reino Animalia (heterotrofos multicelulares)

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vida

Império Procarioto

Império Eucarioto



• Os sistemas de classificação• 6 reinos – Woese (1990)

• Impérios transformam-se em domínios

Reino Bacteria

Reino Archaea

Reino Protista

Reino Plantae

Reino Fungi

Reino Animalia

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vidaDomínio Archaea

Domínio Eukarya

Domínio Bacteria



• Os sistemas de classificação• 6 reinos – Cavalier-Smith (1998)

• Nesse sistema adota-se o sistema de Impérios

Reino Bacteria – Archaeabacteria como sub-reino

Reino Protozoa – ex. Amoebozoa, etc.

Reino Chromista – ex. Alveolata, Heterokonta

Reino Plantae – ex. algas, plantas terrestres

Reino Fungi

Reino Animalia

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vida

Império Eucariota

Império Procariota



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ChlorobacteriaHadobacteria

CyanobacteriaGracilicutes

EurybacteriaEndobacteria

Actinobacteria

Archaea

Eukarya

Neomura

LUCA/LUA

Last (Common) Universal Ancestor

Dominios Archaea e Eukarya originados de Bacteria – Cavalier-Smith

Parede com peptideoglicanoParede com outras glicoproteinas


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• Neomura• Inclui todas as espécies multicelulares e todos os extremófilos• Os neomuranos tem histonas que ajudam a estabilizar seu DNA


Eucariotos

Archaea

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• Neomura• A grande maioria tem introns• Todos usam metionia (MET) como aminoácido iniciador

da síntese protéica (Bacteria usa formilmetionina)• Usam vários tipos de RNA polimerase (Bacteria usa

somente um tipo)• Tem colesterol e proteasomas (proteínas complexas de

alto PM) encontradas apenas em poucas bactérias

(Actinobacteria – grupo mais evoluído de todos nas

bactérias)• Mitocôndrias presentes em Eukarya é outra evidência =

surgiram por endossimbiose em α-Proteobacteria


• Os sistemas de classificação• Sociedade Internacional de Protistologistas (2005)

• Sistema de domínios

Bacteria

Archaea

Excavata – vários protozoários flagelados

Amoebozoa – amebóides e “fungos limosos”

Opisthokonta – animais, fungos, choanoflagelados, etc.

Rhizaria – Foraminifera, Radiolaria, protozoários amebóides

Chromalveolata – Stramenopilos (Heterokonta), Alveolata, etc.

Archaeplastida (ou Primoplantae) – plantas terrestres, algas, etc.

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vidaDomínio Archaea

Domínio Eukarya

Domínio Bacteria


• Bacteria

• Bergey’s Manual of Systematics Classification (2001-2008) – Springer

• David Bergey foi professor de Bacteriologia na Universidade da Pensilvânia no inicio do século XX• Era membro da Sociedade Americana de Bacteriologia (SAB), hoje a Sociedade Americana de Microbiologia• Em 1923 foi publicada a primeira edição do Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, hoje na nona edição• Além dela outras publicações como: Bergey’s Manual of Systematics Classification

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• Fungos

• Interational Code of Botanical Nomenclature

• 10a edição do The Dictionary of the Fungi

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• Virus• Interational Committee on Taxonomy of Viruses• Baltimore System

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Exemplos

ClasseDescricção do genoma e estratégia de replicação

Vírus bacterianos Vírus de animais

I DNA fd Lambda, T4 Herpesvirus, poxvirus

II DNA fs ɸ Χ174 Vírus de anemia de aves

III RNA fd ɸ 6 Reovírus

IV RNA fs (sentido +) MS2 Poliomielite

V RNA fs (sentido -) Influenza, raiva

VI RNA fs (replicação intermediária DNA)Retrovírus (AIDS, cânceres)

VIIDNA fd (replicação intermermediária RNA)

Hepatite B

• Distância evolucionária ou distância filogenética • Medida da divergência evolutiva entre duas sequências homólogas• Mais popularmente = é o número de substituições que ocorreram entre duas sequências de nucleotídeos desde o momento que elas separaram-se de um ancestral comum, expresso tanto em número quanto em percentual

• Distâncias evolucionárias entre grupos filogenéticos podem ser medidas pela diferença na sequência de ácidos nucléicos (aminoácidos), se as moléculas usadas forem: • Distribuídas universalmente no grupo estudado• De função idêntica (funcionalidade homóloga)• Devidamente alinhadas – homologia e heterogeneidade podem ser devidamente identificadas• Com razão de mudança das sequências coerente com as distâncias evolucionárias entre os membros

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Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas• Inicialmente proteínas com funções fisiológicas fundamentais, tais como citocromo C• RNA ribossomal (rRNA) 5S pelo tamanho reduzido e facilidade de isolar. Desvantagens = a pouca complexidade

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Internal transcribed spacer (ITS) region

primers

http://www.biology.duke.edu/fungi/mycolab/primers.htm

• Moléculas usadas• Atualmente ATP sintase:

• Tem funcionalidade homóloga nas espécies onde é encontrada• Alinha-se apropriadamente• As razões de mudanças das sequências condiz com os métodos de distância evolucionária • Os genes são de fácil isolamento

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CCCCGCTTTAACCGCGCGTTAAAGGC CCCCGCT- -AACCGCGCGTTAAAGGC CCCCGCTTTAACCGCGCGTTAAAGGCCCCCGCATTAAA - - -GCGTTATTGGCCCCCGCTGTAACCGCGCGTTAACGGC

Espécie AEspécie AEspécie AEspécie BEspécie C

• Moléculas usadas• A maioria dos estudos atuais usa 16S rRNA (18S rRNA em eucariotos) isolado da subunidade menor do

ribossomo. Porque?

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• Moléculas usadas• A maioria dos estudos atuais usa 16S rRNA (18S rRNA em eucariotos) isolado da subunidade menor do ribossomo

• É altamente conservado• Tem as características descritas anteriormente• Tem um nível de complexidade adequado• É relativamente fácil de isolar e de trabalhar

• Mas qual é o principal problema dessa molécula?

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• Moléculas usadas• A maioria dos estudos atuais usa 16S rRNA (18S rRNA em eucariotos) isolado da subunidade menor do ribossomo

• É altamente conservado• Tem as características descritas anteriormente• Tem um nível de complexidade adequado• É relativamente fácil de isolar e de trabalhar

• Mas qual é o principal problema dessa molécula?

• Baixa variação a nível interespecífico

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• Moléculas usadas

• Outras opções:• Fatores de elongação Ef-Tu, Ef-G (proteínas responsáveis pelos fatores de elongação) – procariotos• Genes ribossomais, mitocondriais e proteínas estruturais - eucariotos

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• Os três domínios (Woese, 1990) e as árvores filogenéticas da vida• Porque “as árvores filogenéticas da vida” ?

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Eucarya Bacteria

Archaea

Árvore original

www.wikipedia.org

Árvore atual

?

80

www.wikipedia.org


LUCA/LUA

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E os vírus?


melecofone.com.br

Mundo de DNA viral

LUCA(Genoma de RNA)

LUCA = last universal common ancestor

Archaea

Eukarya

BacteriaLinhagens extintas

Transição deRNA a DNA

fvA

fvE

fvB

www.tolweb.org

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• Classificação hierárquica na biologia com oito ranks principais

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Archaea

Crenarchaeota

Crenarchaeota

Thermoprotei

Sulfobolales

Sulfobolaceae

Sulfolobus

solfataricus

Isolado do vulcãoSolfatara, perto deNápoles, Itália

Diversidade microbiana• Estimativas do número de bactérias

• 40 milhões de bactérias em 1 g de solo• 5 x 1030 bactérias na terra• Massa muito > que a massa de plantas e animais

86http://en.wikipedia.org/wiki/File:SalmonellaNIAID.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/bacteria

Diversidade microbiana• Estimativas do número de Archaea

• Número desconhecido de espécies• Muitos são extremófilos• Organismos de onde se originaram os eucariotos?

87http://en.wikipedia.org/wiki/Archaea

Diversidade microbiana• Estimativas do número de fungos

• 1,5 milhão de espécies (Hawskworth 2001)• 5,1 milhão (Blackwell 2011)• Um pouco mais de 100.000 espécies descritas• Indivíduo pode ter várias toneladas (Armillaria solidipes- Oregon) – 20 km2 ou ± 1000 ha, sendo estimado que tem cerca de 2.400

anos com uma massa de ± 605 toneladas

88http://en.wikipedia.org/wiki/Armillaria_solidipeshttp://en.wikipedia.org/wiki/fungi

Diversidade microbiana• Estimativas do número de Protozoários

• ± 200.000 espécies no planeta (Adl et al., 2005)• 30 a 40 filos• Uni ou multicelulares

89http://en.wikipedia.org/wiki/File:Protist_collage.jpg

Diversidade microbiana• Estimativas do número de algas microscópicas

• ± 6.000 espécies no planeta (Thomas, 2002)• 30 a 40 filos• Uni ou multicelulares

90http://en.wikipedia.org/wiki/File:Intertidal_greenalgae.jpg

Diversidade microbiana• Estimativas do número de animais microscópicos

• Inclui o zooplâncton e as planarias• Número de espécies desconhecido• Importância para peixes e outros animais aquáticos

91http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hyperia.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Antarctic_krill_(Euphausia_superba).jpg

Diversidade microbiana• Estimativas do número de vírus

• 1031 vírus no planeta (Breitbart & Rohwer, 2005)• ± 2600 tem sido descritos em detalhe• Grande maioria bacteriófagos

92http://en.wikipedia.org/wiki/File:HepC_replication.png

• Morfológico: usa apenas características morfológicas. Indivíduos agrupados em função de similaridades e distinguidos entre si em função de descontinuidade de caracteres • Biológico (Dobzhansky 1937, Mayr 1942, 1965): população natural ou população de indivíduos com potencial de cruzar entre si e que estão isolados reprodutivamente de outras populações. Não se aplica a indivíduos com

reprodução assexuada, como é o caso de muitos fungos• Ecológico: um grupo de organismos adaptados a um determinado recurso, nicho, ou ambiente• Filogenético (Hibbett): grupo de indivíduos que tem relação genética determinada via meios filogenéticos• Filogenético (cladístico): grupo de indivíduos que tem o mesmo ancestral comum. Mantém sua integridade com respeito a outras linhagens tanto no tempo quanto no espaço• Genético: indivíduos ou população com DNA similar. Formas de detecção: hibridização, fingerprinting, etc.• Fenético: baseado nos fenótipos

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Conceitos de espécie

• De Queiroz - ‘‘espécies são linhagens de metapopulações” (Ernst Mayr and the modern concept of species – PNAS, May 2005)

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Conceito de espécie em Microbiologia

• De Queiroz - ‘‘espécies são linhagens de metapopulações” (Ernst Mayr and the modern concept of species – PNAS, May 2005)

• Metapopulações são grupos de sub-populações conectadas

• Uma linhagem pode ser entendida como uma metapopulação que se estende ao longo do tempo e que ocupa uma zona adaptativa mínina não ocupada por nenhuma outra linhagem e que evolui independentemente de todas as outras linhagens distantes de sua confluência

• Diferentemente de outros conceitos, linhagens metapopulacionais não necessitam ser fenotipicamente distinguíveis ou diagnosticáveis, nem monofiléticas, ou isoladas reprodutivamente, ou ecologicamente divergentes para ser consideradas espécies

• Microrganismos unidos por força coesiva podem ser caracterizados como pertencentes a uma única espécie

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Cohesion (n. lat. cohaerere "stick or stay together") or cohesive attraction or cohesive force is the action or property of like molecules sticking together, being mutually attractive.

This is an intrinsic property of a substance that is caused by the shape and structure of its molecules which makes the distribution of orbiting electrons irregular when molecules get close to one another, creating electrical attraction that can maintain a macroscopic structure such as a water drop –

wikipedia.org

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E então, como definir espécie em microbiologia?

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1 Professores: Admir J. Giachini Andrea de Lima Pimenta Daniel Santos Mansur.

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