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Árvore da vida:Árvore da vida:

os três domíniosos três domínios

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• Todos os organismos existentes hojevem de um mesmo ancestral (grupo decélulas primordiais)

• Por que existem tantos organismosdiferentes?

Diversidade

Modificações ao longo do tempo resultaram na

diversidade que conhecemos hoje

Mutações (DNA) +

Regulação Gênica

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Mutação: Origem da variabilidade

pode ser causada por erros de cópia do materialdurante a divisão celular, por exposição aradiação ultravioleta ou ionizante, mutagênicosquímicos, ou vírus.

Griffiths et al. Modern Genetic Analysis (1999)

• mudança naseqüência dosnucleotídeos domaterial genético(“erros” nareplicação do DNA)de um organismo

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Complexidade e idade evolutiva

dos organismos• Não há organismos “superiores” ou “inferiores”

- Apresentam diferentes graus de complexidade

- Podem ser mais antigos ou mais recentes

• Todos podem estar bem adaptados ao seuambiente

As bactérias, por exemplo, apresentam grandediversidade e capacidade de adaptação a

diferentes ambientes

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Relações evolutivas

• Relações de ancestralidade entre

os organismos

• Por que estudar estas relações?

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Classificação

Classificação em 5 reinos NÃO reflete asrelações evolutivas entre os organismos

• Atualmente classifica-se os organismos combase nas suas relações de parentesco

• Classificação: processo de ordenação dosorganismos em grupos taxonômicos (ou taxa)

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* Identificação: alocação de organismosdesconhecidos em taxa já descritos

• Microrganismos encontrados em amostrasambientais ou associadas a plantas eanimais (métodos independentes de cultivo)

• Atualmente há mais de 50 filos de bactériasidentificados, a maioria composto pororganismos não cultivados

Identificação de espécies

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Classificação: Aplicações em

Medicina

• Identificar patógenos

• Determinar padrões de disseminação dadoença

• Identificar espécies que atuam comvetores e reservatórios naturais

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Classificação: Aplicações em

Conservação de espécies

• Identificar novas espécies

• Entender os padrões de distribuiçãode espécies

Apoiar e orientar os programas de manejo e

conservação da diversidade genética

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Morfologia Dados moleculares• Início na década de 1970• Comparação de seqüências de nucleotídeosdo DNA ou seqüências de aminoácidos deproteínas• Grande quantidade de informações (cadaaminoácido de uma proteína ou nucleotídeo deuma seqüência de DNA é umaevidência filogenética)

• Possibilita a comparação entreorganismos distantes evolutivamente• Possibilita o estudo de microorganismosque não podem ser cultivados

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Comparação entreseqüências

nucleotídicas

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Comparação entre seqüências

nucleotídicas

11 espécies de primatas (camundongo como grupo externo)

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Árvore filogenética

• Representação gráfica das relações deancestralidade entre os organismos (com base nacomparação das seqüências nucleotídicas)

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Como comparar todos os organismosexistentes?

Quais dados são usados nasanálises?

Qual região do DNA ou qualproteína?

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Ribossomos e RNA ribossomal

RNA ribossomal (rRNA)RNA ribossomal (rRNA)

Ribossomos são compostospor RNA e proteínas

• Presente em todos osorganismos

• Taxa de mudança

(mutações) do gene ésuficientemente lenta parapermitir a comparaçãoentre organismos degrupos distantesGriffiths et al. Introduction to the

Genetic Analysis (2000)

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RNA ribossomal e Bioinformática

Sequências de rRNA dos diversosorganismos podem ser comparadas

Importância de métodos computacionais(Bioinformática) para armazenar e gerenciara (bio)informação (ex. software BLAST;

Basic Local Alignment Search Tool)

Grande quantidade de informações

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Os três domínios (Woese et al . 1990)

Ancestral comum a todos os

organismos

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Os três domínios (Woese et al . 1990)

• Eukarya: células eucarióticas (núcleo definido eprotegido pelo envoltório nuclear); membrana celularlipídica (predominantemente diésteres de ácidograxo e glicerol); ribossomos contendo um tipo deRNAr eucarioto

• Bacteria: células procarióticas; membrana celularlipídica (predominantemente diésteres dediacilglicerol); ribossomos contendo um tipo de RNAr (eu)bacteriano

• Archaea: células procarióticas; membrana celularlipídica (predominantemente diésteres de glicerolisoprenóide ou tetraéteres de glicerol; ribossomoscontendo um tipo de RNAr arqueano

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3 Domínios: Quantos reinos?

6 ?

3 Domínios!

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3 Domínios

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Os três domínios

• Archaea e Eucarya têm um ancestral comum

* Apesar do nome, Archaea não é o grupo mais

antigo

• Nenhum domínio se desenvolveu a partir dooutro: os 3 domínios evoluíram por viasdiferentes a partir de um ancestral comum

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3 Domínios

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Eukarya

• Eucariotos

Organismos com células nucleadas

(núcleo envolvido por membrana)

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Eukarya

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Eukarya

http://www.tolweb.org/Eukaryotes/3

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Eukarya

Baldauf. 2003. Science 300:1703-1706.

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Eukarya

Sanderson. 2008. Science 321:121-123.

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• Procariotos

• Parede celular com peptideoglicano

• Genoma geralmente organizado emum único cromossomo circular

• Grande diversidade de habitats

Bacteria

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Bacteria

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Bacteria

http://www.tolweb.org/Eubacteria/2

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Bacteria

http://www.bacterialphylogeny.info

/bacteria.html

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• Geralmenteencontrados emambientes extremos,

p.ex. altastemperaturas, baixopH, alta salinidade

Archaea

Archaea em fenda vulcânica na ilhade Kyushu, Japão (o tapete laranjasão as archaeas. As bordasamarelas são resíduos de enxofre)

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Em 1970 vários organismos procarióticos foram isolados a partir de

uma série de ambientes considerados inóspitos, quase que

incompatíveis com a presença de seres vivos.

Temperaturas elevadas (próximas a 100ºC)

Extrema acidez ou alcalinidade (pH 2 e 10)

Altas salinidades (até 32%, 5,5 M NaCl)

*** Salinidade média de oceanos é cerca de 3,5%.

Muitas vezes, ausência completa de oxigênio

Conhecimento das Archaea

Organismos primitivos????

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• Geralmenteencontradosem ambientes

extremos, p.ex.altasconcentraçõessalinas

Archaea

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Ambientes aquáticos frios (podem corresponder a 34% dabiomassa procariótica das águas costeiras superficiais da Antártida)

Sistema digestório do homem e outros animais

Pântanos

Aterros sanitários

Tecidos vegetais

Metanogênicas endossimbiontes em protozoários

OBS: Podem ser encontradas nos mais diversos ecossistemas.

ARCHAEA: Habitats

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• Morfologicamente e metabolicamentesimilares a bactérias

• Seqüência e organização da informaçãogenética semelhante a eucariotos

- DNA associado a histonas

- Genes envolvidos nos processos detranscrição e tradução são similares aeucariotos

Archaea

http://www.tolweb.org/Archaea/4

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Archaea

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Archaea

Gribaldo & Brochier-

Armanet. 2006. Phil.

Trans. R. Soc. B

361:1007–1022

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Crenarchaeota:

- hipertermófilos, como Thermoproteus , Pyrolobus e Pyrodictium;

- Maioria: quimioautotróficos;- Neste filo há também organismos isolados (mas ainda não cultivadosem laboratório) de ambientes frios, tais como águas oceânicas.

Lagoa quente, rica emenxofre, que é convertido aácido sulfúrico por espécies

de archaea

Sulfolobus , exemplo de uma archaea do filoCrenarchaeota , habitante da lagoa ilustrada ao lado

(Adaptado de Madigan et al., 2003 - Brock Biology of Microorganisms)

Yellowstone National Park courtesyof Dr. Ken Stedman

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ARCHAEA E BIOTECNOLOGIAARCHAEA E BIOTECNOLOGIA

Produção de energia (biogás e álcool)

Produção de ácidos orgânicos, antibióticos, aa

Tratamento de efluentes

PCR

Enzimas “extremófilas”, biocatálise industrial

Polímeros biodegradáveis (PHB)

Mineração (cobre, ouro, urânio)

Plantas transgênicas (genes de halófilas) ...

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Complexidade é o objetivo da evolução?

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A maior parte da diversidade

existente no planeta é representadapor microorganismos

Gould. A imprevisível e fortuita evolução da vida.Scientific American Brasil.

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Projeto “Tree of life”

http://www.tolweb.org/tree/

• Objetivo: reunir informações sobre todos osorganismos existentes e as relações evolutivasentre eles

• Participação de pesquisadores de diversos países• Informações sobre cada grupode organismos estão dispostasem websites organizados

hierarquicamente, formandouma árvore

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Projeto “Tree of life”

http://www.tolweb.org/tree/

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Projeto “Tree of life”:buscando o gênero Homo

Search(busca)

Pesquisando as relaçõesfilogenéticas de Homo:

Família Hominidae

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Projeto “Tree of life”:as relações filogenéticas de Homo

Família

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Projeto “Tree of life”:as relações filogenéticas de Homo

Classe

Infraclasse

Domínio: EukaryaReino: AnimaliaSubreino: MetazoaFilo: ChordataClasse: MammaliaOrdem: Primates

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Árvore da Vida x Rede da Vida

• Foram identificados genes nucleares eucariotossemelhantes a genes de bactérias

• Archaea também apresentam genes bacterianos

Material genético pode ser transmitido não sóverticalmente (para a geração seguinte),

mas também horizontalmente (entreorganismos de espécies diferentes!!!)

Transferência horizontal (ou lateral)

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Rede da Vida

Sugestão de Leitura: Doolittle, F. Scientific American, fev. 2000

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3 perguntas rápidas

1. Qual são os domínios da árvore davida?

Archaea

Bacteria

Eukarya

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2. O que diferencia os domínios? Eukarya: células eucarióticas; membrana celularlipídica característica e ribossomos com RNAr eucarioto Bacteria: células procarióticas; membrana celularlipídica característica e ribossomos com RNAr bacteriano Archaea: células procarióticas; membrana celularlipídica característica e ribossomos com RNAr arqueanoO tipo de célula, o tipo de membrana celular e o tipode RNA ribossômico

OUOU

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3. Com base nos trabalhos maisrecentes, qual o domínio mais próximofilogeneticamente do domínio onde ogênero Homo está inserido?

Archaea

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Onde estudar

Purves et al. Vida. Capítulos 26 (tem na biblioteca)

Doolittle. Uprooting the Tree of Life. Scientific American,fevereiro de 2000 (está no website)

Woese et al. 1990. Towards a natural system of organisms:Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya.Proc. Nati. Acad. Sci. USA 87: 4576-4579. (está nowebsite)