Objetivos de aprendizaje
- Describir las características únicas de cada categoría de Archaea
- Explicar por qué las archaea podrían no estar asociadas con los microbiomas humanos o la patología
- Dar ejemplos comunes de archaea comúnmente asociados con hábitats ambientales únicos
Al igual que los organismos del dominio Bacteria, los organismos del dominio Archaea son todos organismos unicelulares. Sin embargo, las arqueas difieren estructuralmente de las bacterias en varios aspectos significativos, como se discute en Características únicas de las células procariotas. Para resumir:
- La membrana celular de las arqueas está compuesta por enlaces de éter con cadenas de isopreno ramificadas (a diferencia de la membrana celular bacteriana, que tiene enlaces de éster con ácidos grasos no ramificados).
- Las paredes celulares de las arqueas carecen de peptidoglicano, pero algunas contienen una sustancia estructuralmente similar llamada pseudopeptidoglicano o pseudomureína.
- Los genomas de las arqueas son más grandes y complejos que los de las bacterias.
- ¿Qué tipos de ambientes prefieren los Crenarchaeota?
- ¿Dónde viven las Halobacterias?
- Las arqueas son microorganismos unicelulares y procariotas que difieren de las bacterias en su genética, bioquímica y ecología.
- Algunas arqueas son extremófilas y viven en entornos con temperaturas extremadamente altas o bajas, o con una salinidad extrema.
- Sólo se conocen arqueas que produzcan metano. Las arqueas productoras de metano se denominan metanógenas.
- Las arqueas halófilas prefieren una concentración de sal cercana a la saturación y realizan la fotosíntesis mediante la bacteriorrodopsina.
- Algunas arqueas, según las pruebas fósiles, se encuentran entre los organismos más antiguos de la Tierra.
- Las arqueas no viven en gran número en los microbiomas humanos y no se sabe que causen enfermedades.
- Genética
- Estructura de la pared celular
- Ecología
- Estructura unicelular
- Reducen el dióxido de carbono en presencia de nitrógeno.
- Viven en los ambientes más extremos.
- Son siempre anaerobios.
- Se han descubierto en Marte.
- ¿Qué explica el color púrpura de los estanques salinos habitados por arqueas halófilas?
- ¿Qué pruebas apoyan la hipótesis de que algunas arqueas viven en Marte?
- ¿Cuál es la conexión entre este pantano de metano y las arqueas?
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(crédito: Chad Skeers)
- E. Blochl et al. «Pyrolobus fumani, gen. y sp. nov, representa un nuevo grupo de Archaea, extendiendo el límite superior de temperatura para la vida a 113°C». Extremophiles 1 (1997):14-21. ↵
- T.D. Brock et al. «Sulfolobus: A New Genus of Sulfur-Oxidizing Bacteria Living at Low pH and High Temperature». Archiv für Mikrobiologie 84 nº 1 (1972):54-68. ↵
- S. Pacheco et al. «Transferencia de afinidad a la proteína arcaica extremófila Sac7d por inserción de una CDR». Diseño y selección de ingeniería de proteínas 27 nº 10 (2014):431-438. ↵
- R.R. Britt «Crater Critters: Donde los microbios de Marte podrían estar al acecho». http://www.space.com/1880-crater-critters-mars-microbes-lurk.html. Consultado el 7 de abril de 2015. ↵
- H. Vreeland et al. «Fatty acid and DA Analyses of Permian Bacterium Isolated From Ancient Salt Crystals Reveal Differences With Their Modern Relatives». Extremophiles 10 (2006):71-78/ ↵
- P.W. Lepp et al. «Methanogenic Archaea and Human Gum Disease». Proceedings of the National Academies of Science of the United States of America 101 nº 16 (2004):6176-6181. ↵
- R.I. Aminov. «Papel de las arqueas en las enfermedades humanas». Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 3 (2013):42. ↵
El dominio Archaea es tan diverso como el dominio Bacteria, y sus representantes pueden encontrarse en cualquier hábitat. Algunas arqueas son mesófilas, y muchas son extremófilas, prefiriendo el calor o el frío extremos, la salinidad extrema u otras condiciones hostiles para la mayoría de las demás formas de vida en la Tierra. Su metabolismo está adaptado a los entornos duros, y pueden llevar a cabo la metanogénesis, por ejemplo, algo que las bacterias y los eucariotas no pueden.
El tamaño y la complejidad del genoma de las arqueas dificulta su clasificación. La mayoría de los taxónomos están de acuerdo en que dentro de las Archaea existen actualmente cinco grandes filos: Crenarchaeota, Euryarchaeota, Korarchaeota, Nanoarchaeota y Thaumarchaeota. Es probable que haya muchos otros grupos de arqueas que aún no han sido estudiados y clasificados sistemáticamente.
Con pocas excepciones, las arqueas no están presentes en la microbiota humana, y actualmente no se conoce ninguna que esté asociada a enfermedades infecciosas en humanos, animales, plantas o microorganismos. Sin embargo, muchas desempeñan un papel importante en el medio ambiente y, por lo tanto, pueden tener un impacto indirecto en la salud humana.
Crenarchaeota
Crenarchaeota es una clase de Archaea extremadamente diversa, que contiene géneros y especies que difieren enormemente en su morfología y requisitos para el crecimiento. Todos los Crenarchaeota son organismos acuáticos y se cree que son los microorganismos más abundantes en los océanos. La mayoría de los Crenarchaeota, aunque no todos, son hipertermófilos; algunos de ellos (en particular, el género Pyrolobus) son capaces de crecer a temperaturas de hasta 113 °C.
Figura 1. Sulfolobus, una arquea de la clase Crenarchaeota, oxida el azufre y almacena ácido sulfúrico en sus gránulos.
Las arqueas del género Sulfolobus (Figura 1) son termófilas que prefieren temperaturas en torno a 70-80°C y acidófilas que prefieren un pH de 2-3. Los Sulfolobus pueden vivir en ambientes aeróbicos o anaeróbicos. En presencia de oxígeno, los Sulfolobus spp. utilizan procesos metabólicos similares a los de los heterótrofos. En ambientes anaerobios, oxidan el azufre para producir ácido sulfúrico, que se almacena en gránulos. Los Sulfolobus spp. se utilizan en biotecnología para la producción de proteínas termoestables y resistentes a los ácidos llamadas afitinas. Las afitinas pueden unir y neutralizar varios antígenos (moléculas que se encuentran en toxinas o agentes infecciosos que provocan una respuesta inmunitaria del organismo).
Otro género, Thermoproteus, está representado por organismos estrictamente anaerobios con una temperatura óptima de crecimiento de 85 °C. Tienen flagelos y, por tanto, son móviles. Thermoproteus tiene una membrana celular en la que los lípidos forman una monocapa en lugar de una bicapa, lo que es típico de las arqueas. Su metabolismo es autótrofo. Para sintetizar ATP, Thermoproteus spp. reduce el azufre o el hidrógeno molecular y utiliza dióxido de carbono o monóxido de carbono como fuente de carbono. Se cree que Thermoproteus es el género más profundo de Archaea y, por lo tanto, es un ejemplo vivo de algunas de las primeras formas de vida de nuestro planeta.
Piénsalo
Euryarchaeota
El filo Euryarchaeota incluye varias clases distintas. Las especies de las clases Methanobacteria, Methanococci y Methanomicrobia representan Archaea que pueden describirse generalmente como metanógenos. Los metanógenos son únicos porque pueden reducir el dióxido de carbono en presencia de hidrógeno, produciendo metano. Pueden vivir en los entornos más extremos y reproducirse a temperaturas que van desde el punto de congelación hasta la ebullición. Se han encontrado metanógenos en aguas termales y en las profundidades del hielo de Groenlandia. Algunos científicos han llegado a plantear la hipótesis de que los metanógenos podrían habitar en el planeta Marte, ya que la mezcla de gases producida por los metanógenos se asemeja a la composición de la atmósfera marciana.
Se cree que los metanógenos contribuyen a la formación de sedimentos anóxicos al producir sulfuro de hidrógeno, haciendo «gas de pantano». También producen gases en los rumiantes y en los seres humanos. Algunos géneros de metanógenos, en particular Methanosarcina, pueden crecer y producir metano en presencia de oxígeno, aunque la gran mayoría son anaerobios estrictos.
La clase Halobacteria (que fue nombrada antes de que los científicos reconocieran la distinción entre Archaea y Bacteria) incluye las arqueas halófilas («amantes de la sal»). Las halobacterias requieren una concentración muy alta de cloruro de sodio en su entorno acuático. La concentración requerida se acerca a la saturación, con un 36%; entre estos entornos se encuentran el Mar Muerto y algunos lagos salados de la Antártida y el centro-sur de Asia. Una característica destacable de estos organismos es que realizan la fotosíntesis mediante la proteína bacteriorrodopsina, lo que les confiere, a ellos y a las masas de agua en las que habitan, un hermoso color púrpura (Figura 2).
Figura 2. Las halobacterias que crecen en estas lagunas salinas les dan un marcado color púrpura. (Crédito: modificación de un trabajo de Tony Hisgett)
Piénsalo
Encontrar un vínculo entre las arqueas y las enfermedades
No se sabe que las arqueas causen ninguna enfermedad en los seres humanos, los animales, las plantas, las bacterias o en otras arqueas. Aunque esto tiene sentido para los extremófilos, no todas las arqueas viven en ambientes extremos. Muchos géneros y especies de arqueas son mesófilos, por lo que pueden vivir en microbiomas humanos y animales, aunque rara vez lo hacen. Como hemos sabido, algunos metanógenos existen en el tracto gastrointestinal humano. Sin embargo, no tenemos pruebas fiables que señalen a ninguna arquea como agente causante de ninguna enfermedad humana.
Aún así, los científicos han intentado encontrar vínculos entre las enfermedades humanas y las arqueas. Por ejemplo, en 2004, Lepp et al. presentaron pruebas de que una arquea llamada Methanobrevibacter oralis habita en las encías de pacientes con enfermedades periodontales. Los autores sugirieron que la actividad de estos metanógenos causa la enfermedad. Sin embargo, posteriormente se demostró que no había ninguna relación causal entre M. oralis y la periodontitis. Parece más probable que la enfermedad periodontal provoque una ampliación de las regiones anaerobias de la boca que posteriormente son pobladas por M. oralis.
Sigue sin haber una buena respuesta a por qué las arqueas no parecen ser patógenas, pero los científicos siguen especulando y esperan encontrar la respuesta.
Conceptos clave y resumen
Múltiples opciones
Las Archaea y las Bacterias son las más parecidas en cuanto a su ________.
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta respecto a las arqueas que producen metano?
Rellena el espacio en blanco
________ es un género de Archaea. Su temperatura ambiental óptima oscila entre 70 °C y 80 °C, y su pH óptimo es de 2-3. Oxida el azufre y produce ácido sulfúrico.
En su día se pensó que ________ era la causa de la enfermedad periodontal, pero, más recientemente, no se confirmó la relación causal entre esta arquea y la enfermedad.