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O que são?
• Maior e mais diverso filo do domínio Bacteria (> 200
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Perfís Filogenéticos de Proteínas

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• Representada por pouco gêneros

• Maioria dos gêneros é aeróbio

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• Muitos gêneros de importância médica (E. coli,
Salmonella, Yersinia, Vibrio, Pseudomonas) e
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Epsilonproteobacteria

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•Trato gastrointestinal, água doce, esgoto,
reservatórios de petróleo, fontes hidrot...
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Flagelos – movimentos
giratórios – 600 um/s
– um dos mais rápidos

Grupo dos espirilos (polifilético)
• Móveis...
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Wolinella
• Simbiose em rúmem – isolado de rúmem bovino

Deltaproteobactérias

• Genoma de W. succinogenes par...
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Ciclo de vida

Mixobactérias (monofilético)
Myxococcus (Myxococcales – Myxococcaceae)
Stigmatella (Myxococcale...
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Ambientes anóxicos com grande teor de
MO e intensa atividade microbiana
(Dinâmica biogeoquímica)
MO

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Geobacter – Desulfuromonadales - Geobacteraceae
Redutor de Fe

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Microbiologia Geral - Proteobactérias - Delta- e Epsilonproteobactérias

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Aula da disciplina de Microbiologia Geral do Prof. Dr. Juliano de Carvalho Cury no CSL-UFSJ

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Microbiologia Geral - Proteobactérias - Delta- e Epsilonproteobactérias

  1. 1. 26/10/2013 O que são? • Maior e mais diverso filo do domínio Bacteria (> 200 gêneros). http://www.a tbatt.com/blog/18.asp • Poucas características comuns a todas http://www.biorecipes.com/Orthologues/status.html Proteobactérias http://mi crobewiki.kenyon.edu/images/1/13/Gramnegative_3.JPG • Todas gram-negativas • Maior parte das bactérias gram-negativas conhecidas • Grande diversidade morfológica e fisiológica/metabólica • Membrana rica em lipopolissacarídeos http://mi crobewiki.kenyon.edu/images/2/2a/Acinetobacter.jpg http://tolweb.org/Proteobacteria/2302 http://s ites.google.com/site/ecolio157toxins/colonizaintestgro s s ocoliO157.jpg • Maioria é heterotrófica gêneros de β) Qual a sua importância? • Médica – patógenos humanos, (Escherichia, Salmonella, Vibrio enterobactérias - ϒ) animais e plantas e Helicobacter – • Ambiental – Ciclagem de S (púrpuras fototróficas, redução e oxidação); N (nitrificantes); Fe (redução) • “bactérias púrpuras”, “bactérias púrpuras fotossintéticas” etc • Woese – rRNA 16S – reuniu várias espécies no novo grupo, Proteobactéria • Classificação arbitrária – α, β, ϒ, δ, ε De onde vieram? Classificação low-G+C Gram-positive – high-G+C Gram-positive – Deinococcus-Thermus (green nonsulfur bacteria) – Spirochetes Cytophaga-Aquifex-green alguns • “Deus Proteus” – Deus do mar com poderes para mudar de figura • Evolutiva - Contribuição para surgimento de organelas e células eucarióticas – Mitocôndria – Riquetsias (α). – púrpuras, Um pouco de História • Industrial e pesquisa – aplicações biotecnológicas Cyanobacteria (exceções: – sulfur Chlamydia - bacteria – Proteobacteria (ε and δ) – Proteobacteria (α) – Proteobacteria (β) – Proteobacteria (ϒ ) • Classificação – Subgrupos (Classes) – rRNA 16S e proteínas • Perfis de grupos de genes/proteínas Filogenéticos de Proteínas) (Perfís • Quantidade de genes e genomas sequenciados aumenta a cada dia. • Projetos genoma no NCBI - > 1.000 • Definitivo?? 1
  2. 2. 26/10/2013 Perfís Filogenéticos de Proteínas ε δ • Representada por pouco gêneros • Maioria dos gêneros é aeróbio • Os principais são: Wolinella, Helicobacter e Campylobacter •Grupo de Mixobactérias – corpos de frutificação anaeróbico • Associadas ao trato digestivo, em simbiose ou causando doença • Grupo de bactérias redutoras de sulfato α β • Maioria dos gêneros fototróficos • Gêneros versáteis na capacidade de degradação (organotróficos) • Origem da mitocôndria / cloroplasto (teoria da endossimbiose) • Gêneros fixadores de N atmosférico (Azospirillum e Rhizobium) • Geobacter – potencial biotecnológico • Possui também quimiolitotróficos Nitrosomonas – oxidação de amônia) e fototróficos (ex. Rodocyclus) (ex. alguns 2
  3. 3. 26/10/2013 β ϒ • Muitos gêneros de importância médica (E. coli, Salmonella, Yersinia, Vibrio, Pseudomonas) e científica (E. coli) • Possui gêneros de importância ambiental também. Ex.: Chromatium – fototrófico - oxidação de sulfetos https ://sites.google.com/a/mrs wan.net/wiki/student-pages/alva rado/types-of-bacteria ϒ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ https ://sites.google.com/a/mrs wan.net/wiki/student-pages/alva rado/types-of-bacteria • • • • • • • • • • • • • • • • • Brock –div.-grupos de interesse: Pseudomonadas (α, β, ϒ) Espirilos Bactérias púrpuras fototróficas Bactérias nitrificantes Bactérias oxidantes do enxofre e ferro Bactérias oxidantes de H Metanotróficos e metilotróficos Bactérias acéticas Bactérias aeróbias de vida livre fixadoras de N Neisseria, Chromobacterium e relacionados Bactérias entéricas Vibrio e Photobacterium Riquétsias Proteobactérias com bainha Bactérias com brotamento Mixobactérias Proteobactérias redutoras de sulfato e enxofre Principais gêneros Caracterização, importância, papel etc ϒ ϒ ϒ ϒ 3
  4. 4. 26/10/2013 Epsilonproteobacteria ε •Trato gastrointestinal, água doce, esgoto, reservatórios de petróleo, fontes hidrotermais • Grande parte da população de fontes hidrotermais do fundo de oceanos – flexibilidade metabólica – importante para os ciclos de C, S e N nestes ambientes • Associação com hospedeiros. Ex.: Helicobacter, Campylobacter, Wolinella). Alguns causando doenças. • Flexibilidade metabólica de alguns grupos – H2, formato, S0, sulfeto e tiosulfeto como doadores de elétrons – sulfito, enxofre e nitrato como aceptores. ε – Thiovulum Helicobacteraceae) ovo) Oxidação bacteriana do S (polifilético) • Crescimento quimiolitotrófico - compostos reduzidos de enxofre como doador de elétrons; CO2 fonte de carbono; O2 aceptor final. • Principalmente sulfeto de H (H2S), enxofre elementar (S0) e tiosulfato (S2O3 2-) • Inicialmente classificadas como bactérias incolores do enxofre (não tem bacterioclorofila) • H2S + 2 O2 SO42- + 2 H+ • S0 + H2O + 1 O2 • S2O3 2- + H2O + 2 O2 (Campylobacterales – (Thios – enxofre; ovum – SO42- + 2 H+ 2 SO42- + 2 H+ Cristais de enxofre Vacúolo central • Microaerófilos •Água doce e marinha – interface: O2 da água e H2S do sedimento • Fontes hidrotermais • Quimiotático – Oxigênio – rápido deslocamento microeucariotos (sem quimiotaxia para H2S) • Secreção de muco – aderência e difusão de oxigênio e sulfeto • Não sobrevive a condições concentração atmosférica de O2 anaeróbias •Difícil isolamento e cultivo – culturas mistas ou com Cristal de S http://www.eol.org/data_objects/2086653 4
  5. 5. 26/10/2013 Flagelos – movimentos giratórios – 600 um/s – um dos mais rápidos Grupo dos espirilos (polifilético) • Móveis • Flagelação polar • Espiraladas • Atributos fisiológicos variados ε – Campylobacter (Campylobacterales – Campylobacteraceae) e Helicobacter (Campylobacterales – Helicobacteraceae) Calda secretora de muco Doenças gástricas Campylobacter jejuni Helicobacter pylori • Infecta >50% da população humana • Microaerofílico • Infecção por alimentos – diarréia com sangue – possui uma enterotoxina similar à da cólera – doença neuromuscular http://www.eol.org/data_objects/3602661 • “recente” – 1982 – infecta o homem a 60 mil anos – prêmio Nobel de medicina 2005 • Microaerofílico http://info.fujita-hu.ac.jp/~tsutsumi/image/002/2-6.jpg • Agente etiológico de gastrites e úlceras pépticas http://www.eol.org/data_objects/3602658 • Outras espécies também parecem ter inportância na saúde humana. Ex. Helicobacter hepaticus – predisposição a câncer estomacal – necessária muita pesquisa http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ca mpylobacter.jpg Helicobacter pylori http://ja xmice.jax.org/jaxnotes/archive/469a.html ε - Wolinella - Campylobacterales – Helicobacteraceae • Um flagelo – rápida movimentação • Anaeróbio http://ninguemmerece3g.blogspot.com/2010/08/h-pylori.html http://mi crobewiki.kenyon.edu/images/2/24/H.pyl ori.gif • Fumarato, Polisulfeto e nitrato usados como aceptor final. • Fumarato reduzido a succinato (W. succigenes) • Polisulfeto reduzido a H2S • Asparaginase – atividade anti-tumor (pâncreas) http://mi crobewiki.kenyon.edu/index.php/Helicobacter http://mi crobewiki.kenyon.edu/index.php/Helicobacter 5
  6. 6. 26/10/2013 Wolinella • Simbiose em rúmem – isolado de rúmem bovino Deltaproteobactérias • Genoma de W. succinogenes parecido com H. pylori e C. jejuni. δ Wolinella succinogenes – único membro http://www.wolinella.mpg.de/ Bdellovibrio (Bdellovibrionales - Bdellovibrionaceae - δ - Grupo dos espirilos • Aeróbio obrigatório • Mesofólico • Água e solo • Móvel – movimentação rápida – flagelo polar único com bainha • Alterações morfogenéticas ao longo do ciclo de vida Bdellovibrio bacteriovorus Ciclo com duas fases: I – fase de ataque de vida livrre; II – fase de crescimento intraperiplasmático. http://3.bp.blogspot.com/_eBP_i WowBIc/SUfrRi7_SAI/AAAAAAAAAlc /Aw6x-LWl WhQ/s 1600-h/genomesworld4.jpg http://mi crogen.ouhsc.edu/b_bacter/fig1.png • Paraliza o hospedeiro (outras bactérias gram-negativas), invade o espaço periplasmático e consome suas proteínas e ácidos nucléicos • Pode formar bdeloplasto – dormente – não compromete o hospedeiro • Cultura associada em E. coli http://4.bp.blogspot.com/_eBP_i WowBIc/SUfr5TSFlnI/AAAAAAAAAls/K2BugbX1xgM/s1600-h/bdellovi brio.jpg Ciclo pode ser independente de hospedeiro Mutantes de ocorrência natural http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Bdello -cycl e.gif Parece não apresentar quimiotrofia pela presa - colisão aleatória – quimiotrofia por aminoácidos e outros compostos nutritivos – aumentando as chances Podem ser isolados em laboratório sem a necessidade de hospedeiro Apresentando mesmas alterações morfogenéticas Facultativo em relação à necessidade de um hospedeiro http://mi crogen.ouhsc.edu/b_bacter/fig2.png FIGURE BXII.d.47. A schematic representation of the life cycles of prey-dependent (predatory), prey-independent,and facultative strains of the genus Bdellovibrio. 6
  7. 7. 26/10/2013 Ciclo de vida Mixobactérias (monofilético) Myxococcus (Myxococcales – Myxococcaceae) Stigmatella (Myxococcales – Cystobacteraceae) Limo – padrão radial • “bactérias de muco” • Ordem Myxococcales • Solo rico em matéria orgânica • Produção de toxinas (enzimas “digestivas”) – lise de outras bactérias • Potencial para uso farmacológico • Se movimentam com ausência de flagelos, por deslizamento • Formam mixosporos resistentes ao ressecamento • Formam estruturas multicelulares com complexo ciclo de vida (único entre os procariotos) e dependente de comunicação intercelular • Genoma relativamente grande (8-10 Mpb) • Classificação morfológica facilitada 10e9 cabeça pedúnculo http://a cademic.pgcc.edu/~kroberts /Lecture/Chapter%2011/proteobacteria.html Outros gêneros Archangium, Cystobacter, Melittangium, Angiococcus, Polyangium, Sorangium, Nannocystis, Chondromyces http://www.biotechnologie.de/BIO/Navigation/DE/Foerderung/foerderbeispiele,did=99266.html http://a rchive.microbelibrary.org/microbelibrary/files/ccImages/Articleimages/graham/myxobacteria%20fig%202.jpg http://s ites.bio.indiana.edu/~velicerlab/Main2/ResearchV2.html https ://sites.google.com/a/mrs wan.net/wiki/student-pages/alva rado/types-of-bacteria Bactérias redutoras de sulfato e enxofre (polifilético) • Utilizam sulfato (SO42-) como agente oxidante, produzindo sulfeto (H2S), em condições anóxicas • MO ou (H2) como doadores de elétrons • Podem também utilizar sulfito (H2SO3), tiosulfato (S2O32−) e enxofre elementar (S0) • Metabolismo dissimilativo (bactérias dissimilativas redutoras de sulfato e enxofre) – grandes quantidades para produção de energia – eliminado (assimilatório – pequena quantidade para os componentes celulares) • Ambientes aquáticos e terrestres que se tornam anóxicos pela decomposição da MO • Grupo polifilético – gêneros fora do grupo das proteo – ex. Desulfotomaculum - Firmicutes • Mais de 20 gêneros de δ são conhecidos • Desulfovibrio, Desulfobacter e Desulfuromonas • Entre as bactérias mais antigas http://bbruner.org/mic_odd.htm Desulfovibrio - Desulfovibrionales - Desulfovibrionaceae Desulfovibrio desulfuricans – biofilme em hematita • Gênero mais estudado devido sua habilidade na exudação de metais (indústria, poluição, biorremeidação – redução de metais como Crômio) • Ambiente aquático ou solo com MO e sulfato http://www.flickr.com/photos/pnnl/3659555383/sizes/o/in/photostream/ • Crescimento ótimo entre 25 e 40°C • Móvel • Tipicamente anaeróbio – identificados alguns isolados que podem crescer na presença de oxigênio (Aerotolerante, com limitação de crescimento) • Flexibilidade metabólica – aceptores – sulfato, enxofre, nitrato, nitrito etc http://mi crobewiki.kenyon.edu/index.php/File:Nice-looking-G20.jpg •Ambientes aquáticos com muita MO • Redução de minerais • Mobilização/complexação de metais e urânio • Separação de hematita e quartzo • Bioremediação – redução e bioacumulação de radionuclideos – Urânio • Bioremediação em áreas de mineração – pilhas ácidas – formação de precipitados insolúveis de metais • 3 genomas sequenciados http://upload.wikimedia.org/ wi ki pedia/commons/b/b0/Rio _ti nto_ri ver_Ca rolStoker_NAS A_Ames _Research_Center.jpg 7
  8. 8. 26/10/2013 Ambientes anóxicos com grande teor de MO e intensa atividade microbiana (Dinâmica biogeoquímica) MO Ácidos orgânicos Álcool Fermentadores Cheiro Coloração PbS http://www.reliablewatersystems.com/2010/11/the-stinky-truth/ BRS Acetogênicas H2S Pb http://upload.wikimedia.or g/wi kipedia/commons/7/7 0/Ga l enaFromKansas.jpg Metanogênicas Toxicidade Zn ZnS Esfalerita http://pt.wikipedia.org/wiki/Esfalerita Desulfuromonas – Fe Cu Fe Calcopirita CuFeS2 Fisiologia 2 grupos principais, em função dos compostos que utilizam como doadores de elétrons (tabela brock). H2, lactato e piruvato - universal Grupo I: Não oxidantes de acetato: utilizam malato, sulfonatos, metanol, etanol, propanol e butanol – até acetato, que é excretado Grupo II: Oxidantes do acetato: oxidam totalmente ácidos graxos, lactato, succinato e benzoato, podendo chegar a CO2 Grupo que utiliza S0 FeS2 Pirita http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/ChalcopyriteUSGOV.jp g Desulfotomaculum – algumas linhagens usam glicose - raro http://upload.wikimedia.org/wikipedia/c ommons /7/75/Chalcopyri teUSGOV.jpg Desulfuromonadales - Desulfuromonadaceae • Anaeróbias obrigatórias e utilizam apenas S0 como aceptor Pelobacter (Desulfuromonadales – Pelobacteraceae) (Bergey) • Algumas espécies móveis, outras não • Metabolismo fermentativo sem utilização de carboidratos • Não esporulantes • Utiliza compostos ortânicos simples • Móvel, flagelo lateral ou subpolar • ≠ de outras quimiorganotróficas anaeróbias facultativas que também 0 além de S O 2− e podem utilizar S 2 3 H2SO3 (ex. Campylobacter, Pseudomonas e Salmonella) • Gênero heterogêneo (provavelmente ainda não definido) • Anaeróbio estrigo, não esporulante • Mesofílico • Acetato e outras moléculas simples como doador de elétrons – até http://ga rciajeanlouis9051.perso.neuf.fr/aaBXIII4_O4_5.html Desulfobacter – Desulfobacterales - Desulfobacteraceae • Ocorre individualmente ou em pares World J. Agric. Sci., 5 (3): 270278, 2009 • Não esporulante • Móvel, com flagelo polar, ou não móvel • Estritamente anaeróbio http://www.freebase.com/vi ew/en/deltaproteobacteria • Acetato é o doador de elétrons preferencial (algumas espécies usa etanol) • Sulfato, sulgito e tiosulfato • Enxofre e nitrato não utilizados • Mesofílico 8
  9. 9. 26/10/2013 Geobacter – Desulfuromonadales - Geobacteraceae Redutor de Fe • Isolado de água doce, sedimentos e solos • Mesofílico (~30°C) •Células podem crescer em cadeia • Não móveis, não formam esporos • Anaeróbios estritos • Quimiorganotrófico, utilizando o Fe(III) como aceptor de elétrons • Acetato e outros ácidos carboxílicos com doadores de elétrons e fonte de C • Orden Desulfuromonales – alguns utilizam S0 como aceptor final de elétrons, mas não utilizam sulfato, tiosulfato ou sulfito. • Primeira bactéria descrita capaz de realizar redução dissimilatória do Fe com completa oxidação dos compostos orgânicos que utiliza • 1987 Grande interesse biotecnológico • Complexação de Urânio radioativo solúvel • Degradadores de hidrocarbonetos de petróleo • Geração de energia elétrica a partir de matéria orgânica Eletrodo de grafite • Pode utilizar corrente elétrica para transformar CO2 em butanol http://www.physorg.com/news192113023.html http://www.a mazingpretty.com/2010/04/10/uranium-waste-bacteria-metallireducens-bacteria-green/ http://4.bp.blogspot.com/_Sh06gX2xum8/S84I6UwWeYI/AAAAAAAAALI/M6pv0VgWw4g/s1600/inventions_electric_microbeimg.timeinc.ne.jpg Geobacter modificada • Pili de bactéria modificada: 8x mais eficiente • Fluxo reverso de elétrons • Processo “fotossintético” com consumo de CO2 http://2.bp.blogspot.com/_Sh06gX2xum8/S84IvnMD1tI/AAAAAAAAALA/VDB0VM4OD2s/s1600/image005.gif http://www.nature.com/nrmicro/journal/v4/n7/fig_tab/nrmicro1442_F5.html http://1.bp.blogspot.com/_Sh06gX2xum8/S84IEAuM3wI/AAAAAAAAAKo/AdNYOJHH85k/s1600/bloom_box2.jpg http://www.nature.com/nrmicro/journal/v4/n10/fig_tab/nrmicro1490_F1.html#figure-title 9
  10. 10. 26/10/2013 Syntrophobacter – Syntrophobacterales - Syntrophobacteraceae • Ocorre isolada ou em pares • Não esporulante • Anaerótios estritos, mesofílicos • Metabolismo fermentativo ou respiratório • Vários membros utilizam sulfato como aceptor de elétrons • Algumas espécies não utilizam – dependentes de sintrofia – proximidade de bactérias que utilizam H2 (metanogênicas ou sulfato redutoras) para poder oxidar o propionato – relação importante no tratamento de esgoto. • Outras espécies utilizam enxofre e sulfito, não nitrato 10

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