¡Descarga La clasificación taxonómica de la vida: Arboles filogenéticos y evolución de las células - y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
TEMA 18. EVOLUCIÓ, DIVERSITAT I CLASSIFICACIÓ
Arbre filogenètic de la vida
Els organismes es classifiquen en diferents grups taxonòmics segons les seves característiques filogenètiques. Podem diferenciar entre:
(dibuix)
· Arbre filogenètic de la vida: el va fer Carl Woese, comparant material genètic entre diferents organismes. Els primers anàlisis els va fer amb RNA ribosòmic (rRNA 16S), tot i que també es pot fer amb DNA. Va comparar les seqüències i va obtenir les semblances i diferències filogenètiques. Per a fer això, s'havia donat un gran desenvolupament de la genètica molecular. El primer report (publicació científica) es va fer el 1977.
La distància entre les diferents branques ens dóna el TEMPS EVOLUTIU, que no és el mateix que el temps real. El temps evolutiu té altres variables, pot dependre de les condicions geològiques i atmosfèriques de la Terra.
Les Arquees han evolucionat molt lentament. Si "LUCA" (últim ancestre comú, Last Universal Common Ancestor ) s'assemblés a algun organisme actual, s'assemblaria a una Arquea. Els humans, en canvi, hem evolucionat molt ràpidament.
(esquema)
· Què comparem?
Comparem molècules anomenades "cronòmetres moleculars", que es caracteritzen per:
- ser comuns a tots els organismes (ex: RNA ribosòmic)
- participar en processos vitals (ex: síntesi proteïca)
- mutar poc -> ja que les mutacions no prosperen, no s'hereten
- patir poca transferència horitzontal, és a dir, entre diferents espècies (com la conjugació, la transducció i la transformació). Els cloroplasts i els mitocondris són un cas claríssim de transferència horitzontal.
Per a separar els éssers vius en les diferents branques, s'han de fer:
- Comparacions de les característiques metabòliques
- Comparacions de l'estructura i els components de la paret Això només es pot estudiar amb bacteris cultivables (0,1%).
Com? S'aïlla el DNA de la mostra que has agafat del medi ambient i pots veure quanta seqüència és diferent a una altra que ja estigui catalogada.
Diversitat microbiana
La majoria de diversitat dels éssers vius són microorganismes. "LUCA" era procariota i s'ha donat una evolució de procariotes a eucariotes. Però en aquest àmbit, parlem hipotèticament, ja que no hi ha res demostrat. Hi ha dues hipòtesis sobre l'origen de les cèl·lules eucariotes:
· Teoria de Margulis (1967) Lynn Margulis va proposar la "teoria endosimbiòtica de l'origen dels mitocondris (i cloroplasts)", també anomenada "teoria de l'endosimbiosi seriada" ( Serial Endosymbiotic Theory ), a partir de les teories de Konstantin Mereschkowski. La teoria endosimbiòtica descriu el pas de les cèl·lules procariotes (bacteries o arquees, no nucleades) a cèl·lules eucariotes (cèl·lules nucleades constituents de tots els pluricel·lulars) mitjançant incorporacions simbiogenètiques. Explica aquest procés en una sèrie de tres incorporacions, mitjançant les quals, per la unió simbiogenètica de bacteris, es van originar les cèl·lules que conformen els individus dels altres quatre regnes (protistes, fongs, plantes i animals).
Margulis proposa que la primera cèl·lula eucariota de la Terra, aquella cèl·lula de la que provenim tots els animals i plantes, es va formar mitjançant la fusió de tres bacteris preexistents complets, amb els gens de cadascun inclosos. Un d'aquests bacteris va aportar els microtúbuls; un altre, certes capacitats metabòliques; i la tercera (que es va afegir més tard), es va convertir en els actuals mitocondris. Aquesta cèl·lula eucariota primigènia va començar a proliferar, i una de les seves descendents va patir un altre canvi: va adquirir un bacteri fotosintètic del qual provenen els actuals cloroplasts.
- Fusió d'una arquea i una espiroqueta -> un tipus de bacteria amant del sofre (arqueobacteria termoacidòfila) es va fusionar amb una bacteria nadadora. Juntes, es van convertir en el nucleocitoplasma, la substància base dels ancestres de les cèl·lules animals, vegetals i fúngiques. Era un organisme anaerobi. Resistència a l'intercanvi genètic horitzontal. ADN
TEMA 18.2. ORDENAR LA BIODIVERSITAT
Dins l'arbre filogenètic de la vida, els procariotes són molts i molt diversos. De manera que la classificació és una eina per a l'estudi i comprensió de la microbiologia.
Taxonomia : ciència de la classificació biològica. Del grec taxis (ordre) i nemein (distribuir).
- Identificació: part pràctica. Procés de determinar que un aïllament en particular pertany a un taxó reconegut.
- Classificació: organització dels organismes en grups o taxons en funció de similituds i/o parentiu.
- Nomenclatura: assignació de noms a grups taxonòmics segons les normes establertes.
Classificar la diversitat bacteriana no és fàcil:
- Morfològicament són molt simples
- Sense fases de desenvolupament
- Sense registre fòssil significatiu
- Menys del 0.1% cultivables
Grup taxonòmic bàsic -> espècie. No es pot aplicar la definició d'espècie eucariota. ESPÈCIE PROCARIOTA: conjunt de soques que comparteixen un elevat nombre de propietats i que difereixen de forma significativa de la resta. Col·lecció d'organismes que comparteixen les mateixes seqüències de gens centrals o de manteniment. Soca: descendència d'un cultiu pur.
Història
· Carolus Linneus (1707-1778): agrupació dels éssers vius segons les seves similituds, visió creacionista. Agrupa als "animacules" de Leewenhoek en un sol taxó: Chaos infusorium. Crea la classificació jeràrquica en taxons. Crea el sistema binomial de nomenclatura científica (ex: E. coli ).
· Darwin: presenta el llibre "Origen de les espècies" el 1858.
· Haeckel (1866): és el primer en utilitzar un arbre per a representar les relacions entre organismes. Agrupaments per similituda i genealogia. Les espècies evolucionen per diversificació, no per progressió (avançament a l'escala).
· F. Cohn: pioner en la classificació bacteriana. Descarta la generació espontània i el pleomorfisme -> concepte d'espècie bacteriana (posseïdora de característiques heretables).
· El microscopi electrònic (1938) divideix al món viu en dues organitzacions cel·lulars: eucariotes i procariotes. Es creia en el tradicional sistema dels cinc regnes (moneres, protoctists, fongs, plantes i animals). Als anys 60, 70, 80, es desenvolupa la biologia molecular, i s'agrupen els éssers vius segons les seves relacions filogenètiques. Es crea l'arbre filogenètic de la vida, dividit en els 3 dominis: Bacteria , Archea i Eucarya.
Sistemes de classificació microbiana
La taxonomia procariota és polifilètica:
- Classificació fenètica (caràcters fenotípics)
- Classificació filogenètica (caràcters filogenètics)
- Classificació genotípica (caràcters genètics)
I es basa en característiques: · Morfològiques, fisiològiques, ecològiques -> criteris clàssics. · Comparació de proteïnes i d'àcids nucleics -> criteris moleculars.
· Taxonomia numèrica: tractament quantitatiu d'un gran nombre de dades, per tal de realitzar un dendograma. Donem el mateix pes a totes les característiques i un programa d'ordinador ens intenta classificar el bacteri segons les propietats compartides amb altres microorganismes.
Criteris moleculars
- Proteïnes
- seqüenciació d'aminoàcids
- mobilitat electroforètica
- reacció immunològica creuada
- comparació propietats enzims
- Àcids nucleics
- contingut en G+C -> es determina per hidròlisi del DNA i anàlisi per HPLC o determinant la temperatura de fusió del DNA. Proporciona poca informació per a la caracterització taxonòmica. És una tècnica superada. Ampli rang en procariotes: del 20 al 80% en continguts de G+C.
(fòrmula)
La filogènia és l'estudi de la història evolutiva dels organismes. La classificació filogenètica es basa en les relacions filogenètiques entre organismes i reflecteix la seva història evolutiva. Les relacions filogenètiques entre organismes s'estudien per diversos mètodes i s'expressen gràficament en forma d'arbre filogenètic. Les branques de l'arbre representen "temps evolutiu". Per a datar l'arbre s'utilitza informació del registre fòssil i biogeoquímic.
Les relacions filogenètiques possibiliten una classificació "natural", són predictives i no només descriptives, i permeten la selecció de models biològics.
Els gens homòlegs s'utilitzen en la construcció d'arbres filogenètics, ja que la paraula "homòleg" vol dir que aquests gens tenen un avantpassat comú. Els gens paràlegs que es troben en un mateix organismes i han arribat a ell per duplicació gènica. Els gens ortòlegs són gens homòlegs que pertanyen a espècies diferents però que encara realitzen la seva funció original. Només els ortòlegs es poden fer servir en la construcció d'arbres filogenètics. El clàssic exemple és el gen que codifica la regió 16S del rRNA.
El ssrRNA ( small subunit rRNA ) és el millor cronòmetre molecular per tal de determinar les relacions filogenètiques. Es troba en totes les cèl·lules i té les mateixes funcions en totes elles. Està format per 1500-2000 residus, prou llarg però no massa com per perdre temps seqüenciant-lo. Té una seqüència i una estructura prou conservades com per ser alineades acuradament. Conté regions ràpides, útils per diferenciar espècies properes; i regions lentes, útils per diferenciar espècies distants. La transmissió horitzontal de gens de rRNA en teoria no es dóna. Hi ha una àmplia base de dades de seqüències alineades disponibles.
La transmissió horitzontal de gens (HGT) emmascara les relacions filogenètiques. Consisteix en el moviment de material genètic entre dos organismes, mitjançant processos de transducció, transformació i conjugació. Un cop s'incorporen els gens, s'heretaran de manera comú, verticalment.
La "Bíblia" o llibre més important de la classificació bacteriana és el "BERGEY'S MANUAL OF SYSTEMATIC BACTERIOLOGY". La primera edició tenia 4 volums. La segona edició en va tenir 5, més ben reordenats.
