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Arqueas metanogénicas, Apuntes de Microbiología

Asignatura: Microbiología Ambiental, Profesor: , Carrera: Ciencias Ambientales, Universidad: UAM

Tipo: Apuntes

2014/2015

Subido el 18/11/2015

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Microbiología ambiental (Grado CCAA – UAM) José L. Sanz
18. ARQUEAS. Características generales, diversidad y Hábitat. Comparación entre los tres
dominios. Filogenia. Metanobacterias. Arqueas halófilas extremas. Arqueas termófilas
dependientes del azufre.
Definidas (Woese y Fox en 1977) como un grupo de procariotas (metanobacterias) que "parecen
no estar más relacionadas con las bacterias típicas de lo que lo están con el citoplasma
eucariótico". En base al 16S rRNA los autores establecieron la existencia de Tres reinos
primarios: bacterias arqueas y eucariotas. Actualmente se consideran tres dominios: Bacteria,
Archaea y Eucarya.
En base a sus características fisiológicas y ecológicas se subdividen en tres grupos:
- metanógenas: ocupan ambientes anaerobios y su único modo de obtener E es mediante la
formación de CH4
- halófilas extremas: viven en ambientes hipersalinos
- termófilas S-dependientes: ocupan Hábitat extremadamente calientes y, en ciertos casos,
también muy ácidos.
Ejercicio: concepto de hábitat extremo. ¿Pueden considerarse así los Hábitat de las arqueas?.
¿Porqué están restringidas (al menos las que has sido aisladas hasta el momento) a
determinados ambientes?.
Dependiendo del aspecto que se analice, las arqueas se comportan como bacterias, eucariotas o
presentan particularidades propias. Ejercicio: buscar propiedades distintivas que permitan hacer
una tabla comparativa entre los tres dominios.
TAXONOMÍA
El dominio Archaea está constituido por dos (tres) phyla (antes reinos):
AI: Euryarchaeota , incluye:
o metanobacterias o arqueas metanogénicas (Clases Methanobacteria,
Methanococci y Methanomicrobia
o halobacterias o arqueas halófilas extremas (clase Halobacteria)
o una parte de las termófilas sulfodependientes (clase Thermococci)
o Thermoplasma y Archaeglobus (clases Thermoplasmata y Archaeoglobi)
AII: Crenarchaeota
o resto de las termófilas sulfodependientes (clase Thermoprotei, órdenes
Thermoproteales, Desulfurococcales, Sulfolobales).
Korarchaeota. Sin representantes aislados, no está aceptado aún oficialmente.
ARQUEAS METANOGÉNICAS
Las metanobacterias son las únicas arqueas de interés medioambiental. Hábitat: todos los
ambientes anaerobios donde la materia orgánica está sufriendo descomposición: sedimentos
acuáticos; tracto intestinal de insectos y mamíferos; digestores/reactores de biomasa y aguas
residuales, etc.
Taxonomía. Se dividen en 4 órdenes:
Methanobacteriales, v.g. Methanobacterium, Methanobrevibacter (H2+CO2, fórmico)
Methanococcales, v.g. Methanococcus (H2+CO2, fórmico)
Methanomicrobiales, v.g. Methanospirillum (H2+CO2, fórmico)
Methanosarcinales, v.g. Methanosarcina, Methanosaeta (H2+CO2, metanol, metilaminas, acetato)
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Microbiología ambiental (Grado CCAA – UAM) José L. Sanz

18. ARQUEAS. Características generales, diversidad y Hábitat. Comparación entre los tres dominios. Filogenia. Metanobacterias. Arqueas halófilas extremas. Arqueas termófilas dependientes del azufre.

Definidas (Woese y Fox en 1977) como un grupo de procariotas (metanobacterias) que "parecen no estar más relacionadas con las bacterias típicas de lo que lo están con el citoplasma eucariótico". En base al 16S rRNA los autores establecieron la existencia de Tres reinos primarios: bacterias arqueas y eucariotas. Actualmente se consideran tres dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya.

En base a sus características fisiológicas y ecológicas se subdividen en tres grupos:

  • metanógenas : ocupan ambientes anaerobios y su único modo de obtener E es mediante la formación de CH 4
  • halófilas extremas : viven en ambientes hipersalinos
  • termófilas S-dependientes : ocupan Hábitat extremadamente calientes y, en ciertos casos, también muy ácidos.

Ejercicio: concepto de hábitat extremo. ¿Pueden considerarse así los Hábitat de las arqueas?. ¿Porqué están restringidas (al menos las que has sido aisladas hasta el momento) a determinados ambientes?.

Dependiendo del aspecto que se analice, las arqueas se comportan como bacterias, eucariotas o presentan particularidades propias. Ejercicio: buscar propiedades distintivas que permitan hacer una tabla comparativa entre los tres dominios.

TAXONOMÍA

El dominio Archaea está constituido por dos (tres) phyla (antes reinos):

  • AI: Euryarchaeota , incluye: o metanobacterias o arqueas metanogénicas (Clases Methanobacteria , Methanococci y Methanomicrobia o halobacterias o arqueas halófilas extremas (clase Halobacteria ) o una parte de las termófilas sulfodependientes (clase Thermococci ) o Thermoplasma y Archaeglobus (clases Thermoplasmata y Archaeoglobi )
  • AII: Crenarchaeota o resto de las termófilas sulfodependientes (clase Thermoprotei , órdenes Thermoproteales, Desulfurococcales, Sulfolobales).
  • Korarchaeota. Sin representantes aislados, no está aceptado aún oficialmente.

ARQUEAS METANOGÉNICAS

Las metanobacterias son las únicas arqueas de interés medioambiental. Hábitat: todos los ambientes anaerobios donde la materia orgánica está sufriendo descomposición: sedimentos acuáticos; tracto intestinal de insectos y mamíferos; digestores/reactores de biomasa y aguas residuales, etc.

Taxonomía. Se dividen en 4 órdenes: Methanobacteriales , v.g. Methanobacterium , Methanobrevibacter (H 2 +CO 2 , fórmico) Methanococcales , v.g. Methanococcus (H 2 +CO 2 , fórmico) Methanomicrobiales , v.g. Methanospirillum (H 2 +CO 2 , fórmico) Methanosarcinales , v.g. Methanosarcina , Methanosaeta (H 2 +CO 2 , metanol, metilaminas, acetato)

Microbiología ambiental (Grado CCAA – UAM) José L. Sanz

La degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno es compleja e implica la interacción sintrófica de diferentes grupos tróficos. Pueden considerarse las siguientes fases:

  1. Hidrólisis.
  2. Fermentación y β-oxidación.
  3. Acetogénesis.
  4. Metanogénesis. Existe dos tipos:
    • H 2 +CO 2 Æ CH 4 metanogénesis hidrogenotrófica
    • Acetato Æ CH 4 metanogénesis acetoclástica

El tratamiento anaerobio de residuos orgánicos, tanto líquidos como sólidos, permite: − reducir la contaminación, con la consiguiente protección ambiental y mejora de las condiciones higiénico-sanitarias − re-utilizar los efluentes/sólidos tratados (fertilizantes, recuperación recursos) − producir biogás (CH 4 + CO 2 ) utilizable como fuente de energía

Las metanobacterias constituyen la etapa clave de todo el proceso.

Ejercicio. ¿Qué objetivos se persiguen y beneficios se obtienen con el tratamiento de los residuos orgánicos, tanto líquidos (aguas residuales domésticas o industriales) como sólidos (desechos agrícolas, ganaderos o urbanos)?. ¿Cuál sería la diferencia entre Europa y los países del tercer mundo?. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de depuración de aguas residuales anaerobios frente a los aerobios.

ARQUEAS HALOFILAS EXTREMAS

Quimioorganótrofos, aerobios. Hábitat: salinas, lagos naturales extremadamente salinos (250- g/l sal), con elevada intensidad lumínica y bajo contenido en O 2.

Taxonomía:

Phylum_. Euryarchaeota_

Clase Halobacteria Orden Halobacteriales Familia Halobacteriaceae Géneros: Halobacterium , Halococcus , Natronobacterium

ARQUEAS TERMOFILAS DEPENDIENTES DEL AZUFRE

Todas obtienen energía reduciendo u oxidando azufre. Son quimiolitoautótrofas, mixótrofas o heterótrofas.

  • Thermococcales. Hábitat: biotopos marinos con temperaturas entre 80-105 °C, manantiales calientes. pH neutro, anaerobios (S -> H 2 S). V.g. Thermococcus.
  • Thermoproteales y Desulfurococcales Hábitat: solfataras, manantiales calientes y hoyos de fango a temperaturas hasta 100 °C, solfataras marinas a temperaturas superiores a los 100 °C. pH neutro, anaerobios (S -> H 2 S). V.g. Thermoproteus , Desulfurococcus.
  • Sulfolobales Hábitat: campos continentales de solfataras y hoyos de fangos termófilos a temperaturas 75- °C. pH ácidos, aerobios (S -> SO 4 2-) o facultativos. V.g. Sulfolobus , Acidianus.