Proteobacteria

FILOGENIA Y TAXONOMÍA BACTERIANA
FILOGENIA Y TAXONOMÍA BACTERIANA
TAXONOMÍA:
ciencia de la clasificación biológica
• Clasificación: agrupación de organismos en TAXA según sus semejanzas o relaciones
evolutivas
• Nomenclatura: asignación de nombres apropiados a los grupos taxonómicos
• Identificación: asignación de un determinado organismo a un taxon previamente reconocido
Relevancia
1. Organización y sistematización del conocimiento (todos los miembros de un taxon deben
compartir una característica)
2. Permite la elaboración de hipótesis y predicciones
3. Permite asignar nombres apropiados, precisos para que sean comunicables
(frijol-alubia-judía-habichuela-poroto-haricot-feijão-bean
4. Es esencial para la correcta Identificación
Phaseolus vulgaris)
Problemas de la Clasificación
• ¿Qué caracteres se deben elegir?
•¿La clasificación se debe basar en uno o varios caracteres?
•¿Deben usarse sólo caracteres morfológicos o también ecológicos,
comportamentales, fisiológicos?
•¿Se debe asignar valor a los caracteres? ¿Con qué criterios?
•Toda Clasificación Biológica contiene dos componentes:
•Práctico (debe servir como clave para la determinación de un
espécimen encontrado y debe ser útil para almacenar y
buscar información en forma rápida y eficiente)
•Filosófico (toda clasificación refleja una concepción de la
Naturaleza)
Escuelas de Sistemática
Escuela
FENÉTICA
EVOLUCIONISTA
CLADISTA
Relación Evolutiva
Cladogénesis (historia
de los eventos de
especiación)
Fundamento
Similitud Total
Principio
Similitud TotalTodos los caracteres
tienen el mismo
valor
Unidad de
Estudio
OTU
Especie Biológica
Semaforonte (portador
del caracter)
Gráfica
Fenograma
Filograma
Cladograma
Grafica de
relaciones
entre orgs.
representa…
Similitud Fenotípica
Divergencia
Hipótesis Evolutiva
Homología
Sólo es Operativa,no
se considera
Evolutiva
Evolutiva
Representantes
Sneath and Sokal
(1960)
Ernst Mayr (1930)
William Hennig (1960)
La clasificación
representa grupos
naturales creados por
la evolución
Destaca el valor de la
especiación
(cladogénesis)
Taxonomía Bacteriana:
Bacteriana
tradicionalmente se basó en caracteres fenotípicos,
principalmente aspecto del μorg., metabolismo energético, bioquímica, caracteres culturales, etc.
TAXONOMÍA FENÉTICA: compara muchos caracteres sin asumir el valor filogenético de cada
uno. A mayor número de caracteres, mayor valor clasificatorio.
TAXONOMÍA NUMÉRICA: le asigna un valor numérico a cada carácter (morfológicos,
bioquímicas, fisiológicos) por presencia o ausencia y luego de aplicar un algoritmo arroja un
coeficiente de similitud que permite agrupar a los μorg.
FILOGENIA:
FILOGENIA
es la historia evolutiva de los organismos
CLASIFICACIÓN FILOGENÉTICA: se basa en las relaciones evolutivas y no en la similitud
¿cómo se estudian las relaciones evolutivas de microorganismos que no dejan registro fósil?
CARACTERES MOLECULARES: comparación directa de material genético y proteínas permite inferir
relaciones naturales entre μorg.
Relojes moleculares
las secuencias de aa y bases cambian gradualmente en el tiempo. Si
el cambio es neutro, al azar y se fija, entonces la tasa de cambio aumentará
linealmente con el tiempo. Tenemos entonces un cronómetro molecular que nos
permitirá calcular las relaciones filogenéticas entre organismos. Si las secuencias de un
mismo rRNA de dos grupos de org. son muy diferentes, entonces estos org. han
divergido uno de otro hace mucho tiempo atrás.
Características del Reloj Molecular:
• La molécula debe estar universalmente distribuida en el grupo que se estudiará
• Deben ser funcionalmente homólogos en cada org. (idéntica función)
• Deben ser alineables para identificar las regiones homólogas y variables
• La secuencia de la molécula elegida debe cambiar en forma proporcional a la
distancia filogenética que se va a determinar
• La secuencia de los rRNA es la que mejor ajusta a estas
condiciones
• También la de las ATPasas, y RecA.
FILOGENIA según rRNA
Los análisis filogenéticos por secuencia del rRNA16S determinaron que la evolución de la vida celular ha
generado tres grandes linajes de los cuales solo dos son puramente procariotas, definiendo así tres
dominios de la vida: Bacteria, Archaea y Eukarya. (Carl Woese, 1987 Bacterial evolution.
Microbiol. Rev. 51:221–271)
Esta hipótesis tiene sus detractores. Sin embargo es la que mayor consenso ha recibido. De todos modos
se debe considerar que esta es una filogenia del 16SRNA y no una filogenia de los organismos vivos!!!!
Rangos taxonómicos
Se sigue la nomenclatura binomial propuesta por Carolus Linnæus (Karl von Linné) en Genera
Plantarum (1737)
Dominio
Bacteria
Reino
Proteobacteria
Sección
γ-Proteobacteria
Clase
Zymobacteria
Orden
Enterobacteriales
Familia
Enterobacteriaceae
Género
Escherichia
Especie
Escherichia coli
“Classis et Ordo est sapientiæ, Species naturæ opus”
Cepa (strain): una cepa esta compuesta por los descendientes de un único aislamiento en cultivo puro.
En general se compone de una sucesión de cultivos que provienen de una única colonia
original.
Esto es una Cepa en el sentido taxonómico y es la unidad operativa básica en bacteriología. Como se vé, no
es un Concepto Natural. Debemos asumir que hay una contraparte en la naturaleza para la Cepa en sentido
taxonómico. Podríamos decir que la Cepa en sentido taxonómico es una muestra de la Cepa en la naturaleza
Clon: es la progenie de un individuo (célula bacteriana) a través de reproducción asexual. Es un concepto
natural. Si el clon es un concepto natural, la cepa, en sentido taxonómico debe ser vista como un
clon artificial. Asi, aislamientos similares tomados de una amplia zona geográfica, reciben el
nombre de clones y no el de cepas.
Concepto de especie bacteriana: es una colección de cepas de origen común que comparten
muchas propiedades estables entre sí respecto de otras cepas.
Es básicamente una definición operativa y no una natural.
Desde un punto de vista operativo, el criterio dominante en los últimos 30 años es que dos cepas pertenecen
a una misma especie si el coeficiente de reasociación DNA-DNA es >70% o si la similitud de RNS 16S es
>97%. En general no es el único criterio para clasificar spp. bacterianas pero si los mas importantes. Además
se analisan el tipo de lípidos, quinonas respiratorias, etc., con una metodología de Taxonomía Polifásica
Técnicas Utilizadas para la Clasificación
El Surgimiento de Eukarya
•Teoría Autógena: Eukarya surge
clonalmente de un único ancestro
procariótico
•Teoría Quimérica: el ancestro de
Eukarya adquirió genes de múltiples
fuentes por mecanismos no
especificados
•Teoría de Fusión Genómica: el ancestro
de Eukarya adquirió su genoma por
fusión de dos genomas procariotas en
un evento de endosimbiosis
•Un ancestro de Bacteria (probablemente
una α-Proteobacteria fotosintética)
aportó genes operacionales
(biosintéticos) y un ancestro de Archaea
(probablemente un Crenarchaeota)
aportó genes informacionales
(replicación-transcripción-traducción)
El Surgimiento de Eukarya
El Dominio Bacteria
Contiene al menos 40 Phyla
No hay gran cohesión fenotípica dentro de los phyla (ej.: Proteobacteria)
Las mitocondrias de Eukarya surgieron del phylum α-Proteobacteria
Los cloroplastos de Eukaya surgieron de una rama de Cyanobacteria
El Dominio Archaea
Contiene tres Phyla
En general presentan fisiologias únicas adaptadas a los habitats extremos que ocupan
(Termofilia, salinidad, Metanogenesis, Acidofilia)
El Dominio Bacteria
Bacteroides and
Spirochetes
Flavobacteria
Green
sulfur
Deinococci and
bacteria
Planctomyces and
relatives
relatives
A. pyrophilus
Green non-sulfur
bacteria
Chlamidiae
Gram Positives
bacteria
Thermotoga and
Aquifex
Cyanobacteria
Proteobacteria
T. maritima
•Los phyla mas profundos (antiguos) contienen a los Aquificales (Aquifex-CLAT y microaerobio) y
Termotogales (Termotoga-COHT y anaerobio). Ambos son hipertermofilos
•Los Deinococcus (COHT) son extremadamente resistentes a la radiación.
• El género Thermus tiene una posición intermedia y gran importancia biotecnológica
El Dominio Bacteria: Reino Chloroflexi (verdes no-sulfurosas)
• El reino Chloroflexi incluye
miembros fotosintéticos y no-fotosintéticos.
•La familia Chloroflexaceae contiene a las
bacterias verdes no-sulfurosas
•Son filamentosas, deslizantes, termofílicas
y en general se asocian con Cyanobacteria
•Hacen fotosíntesis anoxigénica usando comp. orgánicos o CO2 como Fte. de Carbono
•Los dadores de e- en PHT son azucares, aa y ac. orgánicos. En los PAT los dadores son
SH2 y H2
•Pueden crecer como COHT en oscuridad y aerobiosis
•Poseen bacterioclorofila a en el centro de reacción en la membrana plasmática y
bacterioclorofila c en compartimientos intracelulares denominados Clorosomas.
•El género Herpetosiphon (COHT, aerobio) no es fotosintético pero pertenece a este reino
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
α−Proteobacteria
• Una característica importante es que de las α-Proteobacteria surgieron
las mitocondrias de Eukarya.
•
La división Alfa contiene miembros con metabolismo variado como:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Metilotrofía (Methylobacterium)
Oxidantes de Manganeso (Metallogenium-like)
CLT (Nitrobacter)
Fototrofía ( PNS, Rhodobacter, Rhodospirillum)
Fijación simbiótica de N2 (Rhizobiaceae)
Parasitismo intracelular (Brucella, Bartonella, Rickettsia)
•
…morfologías y ciclos de vida variados como:
1.
2.
3.
Prostecas (Caulobacter, Hypomicrobium)
Estrelladas (Stella)
gemantes
Entre las α-Proteobacteria existen
géneros con organizaciones
genómicas complejas
Por ejemplo Agrobacterium
tumefaciens posee un
cromosoma circular, dos
megaplasmidos circulares y un
cromosoma lineal
Sinorhizobium meliloti posee un
cromosoma circular y dos
megaplásmidos circulares
Brucella spp. posee dos
cromosomas circulares
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
Bacterias Purpuras No-Sulfurosas
• Llevan a cabo fotosíntesis anoxigénica como POHT pero
en oscuridad y aerobiosis crecen como COHT o pueden
fermentar en anaerobiosis.
• Poseen sistemas lamelares o esféricos contínuos con la
membrana plasmática
•Poseen bacterioclorofila a o b
•El dador de e- en la fotosíntesis pueden ser moléculas
orgánicas y en menor medidad compuestos reducidos del S o H2
•Algunas especies pueden oxidar lentamente el SH2 a SO42pero nunca el S.
•Poseen morfologías variadas
•Son importantes en las plantas de tratamientos de residuos
•Los géneros mas característicos son:
•
•
•
•
Rhodospirillum (espirilos)
Rhodopseudomonas (bacilos)
Rhodocyclus (bacilos curvados)
Rhodomicrobium (prostecados)
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
Bacterias simbiontes fijadoras de Nitrógeno (División ALFA)
•Pertenecen a la familia Rhizobiaceae (Rhizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium)
•Establecen relaciones simbióticas
con Leguminosae
• Son fijadoras endosimbiontes de nitrógeno
•Dentro de la familia se encuentra
Agrobacterium, un patógeno vegetal
que es el único ejemplo conocido de
tranformación genética trans-reino, pero no
es fijador ni simbionte
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División β-Proteobacteria
• Es tambien un grupo diverso (CHT,CLT, PLT, metilotrofos)
•Contiene dos grupos patogénicos importantes
Neisseria y Bordetella
Familia Neisseriaceae
• son cocos (diplos) no-móviles, oxidasa+ y fermentadores
•Habitan mucosas de animales
•N. gonorrhoeae y N. meningitidis son patógenos
Familia Alcaligenaceae
• Contiene al género Bordetella
•Cocobacilos aerobios, COHT
•Multiplica en células de epitelio respiratorio
•B. bronchiseptica, B. parapertussis, B. pertussis
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División γ-Proteobacteria
•Es el grupo mas diverso metabolicamente y grande del reino
•Contiene a las Purpuras Sulfurosas (fotosintéticas), Vibrionaceae,
Enterobacteriaceae, Pasteurelaceae y Pseudomonadaceae
•Familia Chromatiaceae y Ectothiorhodospiraceae
(Purpuras sulfurosas)
•Son anaerobios estrictos y usualmente PLAT aunque pueden
crecer como PLHT y POHT
•Oxidan SH2 a S0, el cual se deposita como gránulos
intracelulares en invaginaciones de la membrana plasmática.
Eventualmente pueden oxidar S0 a SO42- o usar al H2 como dador
de e•Poseen bacterioclorofila a o b
•Como las PNS, poseen sistemas esféricos o lamelares
contiguos a la membrana deonde se alojan los fotosistemas
• Chromatium vinosum ,Ectothiorhodospira mobilis, Thiocapsa
spp.
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
• Orden Methylococcales
División γ-Proteobacteria
•Contiene bacilos, vibrios y cocos que usan compuestos reducidos de
un C (metanol, metano, etc.) como única fuente de carbono y E. en
condiciones aeróbicas y microaeróbicas
•No todas las metilotrofas son tambien metanotrofas, solo aquellas que
contienen la Monooxigenasa de Metano
•Son incapaces de metabolizar enlaces C-C
•Sistema complejo de membranas intracelulares
•Forman quistes de resistencia
• Methylococcus, Methylomonas, Methylobacter
Metano
Metanol
Formaldehido
e - ATP
Ribulosa-5-P
• OJO! Existe un grupo de Metilotrofas que pertenecen a la División
ALFA
• Se diferencian de estas porque la ruta de asimilación del C es via
Serina, forman exosporas, y tienen un sistema distinto de membranas
•Methylobacterium, Methylocystis, Methylosinus
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División γ-Proteobacteria
Orden Pseudomonadales
• Son COHT aerobios estrictos, usan O2 y/o NO3- como aceptor
final
de electrones
• Poseen ciclo TCA completo y degradan azucares por EtnerDoudooff y no glicoliticamente
• Poseen una diversidad metabólica enorme.Son muy
importantes en los Procesos de mineralización
•El género ha sido dividido en varios generos distintos,
algunos como Burkholderia y Comamonas fueron ubicados en
la división BETA, mientras que el subgrupo diminuta se
reubicó en ALFA.
• Algunos miembros patógenos de animales y plantas como:
P. aeruginosa, Burkholderia en inmunocomprometidos y FQ
Ralstonia solanaceum y B. cepacia en plantas
P. fluorescens - pudricion de lacteos enfriados
Azotobacter spp. es fijador de N 2 de vida libre
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División γ-Proteobacteria
Orden Vibrionales
• Son bacilos cortos y curvos, con flagelo polar
• La mayoría acuaticos
•La mayoría depende de D-glucosa como única Fte. de C y E
• V. cholerae y V. parahaemolyticus son patógenos humanos importantes
• V. fischeri es una de las pocas bacterias capaces de generar
bioluminiscencia por presencia de luciferasa
•Photobacterium leiognathi vive en forma simbiótica
en los órganos luminosos de ciertos peces abisales
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División γ-Proteobacteria
Orden Enterobacteriales
•Contiene a los comensales y patógenos mas importantes de mamíferos
•Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella, Proteus, Enterobacter, Yersinia, Serratia, Erwinia.
•Degradan azúcares por Embden-Meyerhof y clivan el pirúvico en ac. fórmico y
fermentaciones de este último.
El tipo de fermentación del Ac. pirúvico permite diferenciar a los miembros del grupo
Lo mismo ocurre con la capacidad de fermentar lactosa
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División γ-Proteobacteria
Orden Enterobacteriales
•Durante la fermentación de azúcares, algunos miembros producen H2 debido a la presencia del
complejo Formato-Hidrogeno-Liasa
•Se los puede identificar facilmente por la capacidad de hacer fermentación ácido-mixta (lactato,
acetato, succinato, formato o hidrógeno y CO2 ) o butilenglicólica (butanodiol, etanol y CO2 ) mediante
la prueba de Voges-Proskauer y Rojo metilo
•Las pruebas estandarizadas del API20E permiten identificar a todos los miembros en forma sencilla
•Si bien se las denomina Entericas, no son la flora dominante del instestino mamifero!!
•El instestino aloja 1012 μorg/g - en total aprox. 1014 μorg totales. El cuerpo humano contiene 1013 cels
•Respecto al número de genes, la flora bacteriana contiene 50-100 veces mas genes
Fermentación Acido Mixta (Escherichia,
Escherichia, Shigella,
Shigella, Salmonella,
Salmonella, Arizona, Citrobacter,
Citrobacter, Proteus,Providencia)
Proteus,Providencia)
Lactato
Piruvato
Glucosa
CO2
Acido:Neutro
Succinato
4:1
CO2:H2
Etanol
1:1
AcetilAcetil-CoA
Acetato
+
Formato
CO2
H2
Fermentación Butanodiólica (Enterobacter,
Enterobacter, Klebsiella,
Klebsiella, Hafnia,
Hafnia, Serratia)
Serratia)
2,32,3-Butanodiol + CO2
Etanol
Lactato
Glucosa
Piruvato
Acido:Neutro
1:6
CO2:H2
5:1
Succinato
Acetato
CO2 + H2
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División δ-Proteobacteria
• Orden Myxococcales
• Son bacterias G- aerobias del suelo y coloniales
•Se caracterizan por ser deslizantes y poseer ciclos
de vida complejos con formación de cuerpos fructíferos
y la formación de mixosporas de resistencia
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División δ-Proteobacteria
• Orden Desulfovibrionales
• Familia Desulfovibrionaceae
• Contiene miembros anaerobios estrictos
que usan formas oxidadas del S como
último aceptor electrónico.
Importantes para el ciclo biológico del
azufre.
Reductoras de sulfatos como
Desulfovibrio, Desulfuromonas
•Familia Bdellovibrionaceae
• Contiene al género Bdellovibrio
• Parásito de Gram-, alterna entre una fase
predatoria no-replicativa y un estadío
intracelular replicativo
Ciclo de vida de Bdellovibrio bacteriovorus
El Dominio Bacteria: Reino Proteobacteria
División ε-Proteobacteria
• Familia Campylobacteraceae
•Contiene miembros patógenos y no-patogenos de animales
•Bacilos curvados y/o espiralados. C. jejuni, C. fetus
• Familia Helicobacteraceae
•Al menos 14 spp. aisladas de estómagos de mamíferos
•Bacilos helicoidales con flagelo peritrico
• H. pylori esta presente en el 50% de la población
•Algunas cepas son capaces de generar úlcera péptica y
cancer gastroduodenal
•Sistema de ureasa muy activo le permite resistir el pH
gastrico