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Proteobactérias http://www.biorecipes.com/Orthologues/status.html

http://microbewiki.kenyon.edu/images/1/13/Gramnegative_3.JPG

http://www.atbatt.com/blog/18.asp

http://tolweb.org/Proteobacteria/2302

http://microbewiki.kenyon.edu/images/2/2a/Acinetobacter.jpg

http://s ites.google.com/site/ecolio157toxins/colonizaintestgrossocoliO157.jpg

• Maior e mais diverso filo do domínio Bacteria (> 200 gêneros). • Poucas características comuns a todas • Todas gram-negativas • Maior parte das bactérias gram-negativas conhecidas • Grande diversidade morfológica e fisiológica/metabólica • Membrana rica em lipopolissacarídeos • Maioria é heterotrófica (exceções: púrpuras, alguns gêneros de β)

O que são?

• Médica – patógenos humanos, animais e plantas (Escherichia, Salmonella, Vibrio e Helicobacter – enterobactérias - ϒ) • Industrial e pesquisa – aplicações biotecnológicas • Evolutiva - Contribuição para surgimento de organelas e células eucarióticas – Mitocôndria – Riquetsias (α). • Ambiental – Ciclagem de S (púrpuras fototróficas, redução e oxidação); N (nitrificantes); Fe (redução)

Qual a sua importância? Um pouco de História

• “bactérias púrpuras”, “bactérias púrpuras fotossintéticas” etc • “Deus Proteus” – Deus do mar com poderes para mudar de figura • Woese – rRNA 16S – reuniu várias espécies no novo grupo, Proteobactéria • Classificação arbitrária – α, β, ϒ, δ, ε

De onde vieram?

low-G+C Gram-positive – high-G+C Gram-positive –

Deinococcus-Thermus (green nonsulfur bacteria) –

Cyanobacteria – Spirochetes – Chlamydia -

Cytophaga-Aquifex-green sulfur bacteria –

Proteobacteria (ε and δ) – Proteobacteria (α) –

Proteobacteria (β) – Proteobacteria (ϒ )

Classificação • Classificação – Subgrupos (Classes) – rRNA 16S e proteínas • Perfis de grupos de genes/proteínas (Perfís Filogenéticos de Proteínas) • Quantidade de genes e genomas sequenciados aumenta a cada dia. • Projetos genoma no NCBI - > 1.000 • Definitivo??

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Perfís Filogenéticos de Proteínas

ε • Representada por pouco gêneros • Os principais são: Wolinella, Helicobacter e Campylobacter • Associadas ao trato digestivo, em simbiose ou causando doença

δ • Maioria dos gêneros é aeróbio •Grupo de Mixobactérias – corpos de frutificação - anaeróbico • Grupo de bactérias redutoras de sulfato • Geobacter – potencial biotecnológico

α • Maioria dos gêneros fototróficos • Origem da mitocôndria / cloroplasto (teoria da endossimbiose) • Gêneros fixadores de N atmosférico (Azospirillum e Rhizobium)

β • Gêneros versáteis na capacidade de degradação (organotróficos) • Possui também quimiolitotróficos (ex. Nitrosomonas – oxidação de amônia) e alguns fototróficos (ex. Rodocyclus)

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https ://sites.google.com/a/mrswan.net/wiki/student-pages/alvarado/types-of-bacteria

β ϒ • Muitos gêneros de importância médica (E. coli, Salmonella, Yersinia, Vibrio, Pseudomonas) e científica (E. coli) • Possui gêneros de importância ambiental também. Ex.: Chromatium – fototrófico - oxidação de sulfetos

https ://sites.google.com/a/mrswan.net/wiki/student-pages/alvarado/types-of-bacteria

ϒ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

Brock –div.-grupos de interesse: • Pseudomonadas (α, β, ϒ) • Espirilos • Bactérias púrpuras fototróficas • Bactérias nitrificantes • Bactérias oxidantes do enxofre e ferro • Bactérias oxidantes de H • Metanotróficos e metilotróficos • Bactérias acéticas • Bactérias aeróbias de vida livre fixadoras de N • Neisseria, Chromobacterium e relacionados • Bactérias entéricas • Vibrio e Photobacterium • Riquétsias • Proteobactérias com bainha • Bactérias com brotamento • Mixobactérias • Proteobactérias redutoras de sulfato e enxofre

Principais gêneros Caracterização, importância, papel etc

ϒ

ϒ

ϒ

ϒ

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Epsilonproteobacteria

ε

•Trato gastrointestinal, água doce, esgoto, reservatórios de petróleo, fontes hidrotermais • Grande parte da população de fontes hidrotermais do fundo de oceanos – flexibilidade metabólica – importante para os ciclos de C, S e N nestes ambientes • Associação com hospedeiros. Ex.: Helicobacter, Campylobacter, Wolinella). Alguns causando doenças. • Flexibilidade metabólica de alguns grupos – H2, formato, S0, sulfeto e tiosulfeto como doadores de elétrons – sulfito, enxofre e nitrato como aceptores.

Oxidação bacteriana do S (polifilético) • Crescimento quimiolitotrófico - compostos reduzidos de enxofre como doador de elétrons; CO2 fonte de carbono; O2 aceptor final. • Principalmente sulfeto de H (H2S), enxofre elementar (S0) e tiosulfato (S2O3

2-) • Inicialmente classificadas como bactérias incolores do enxofre (não tem bacterioclorofila)

• H2S + 2 O2 SO42- + 2 H+

• S0 + H2O + 1 O2 SO42- + 2 H+

• S2O3

2- + H2O + 2 O2 2 SO42- + 2 H+

• Microaerófilos •Água doce e marinha – interface: O2 da água e H2S do sedimento • Fontes hidrotermais • Quimiotático – Oxigênio – rápido deslocamento - microeucariotos (sem quimiotaxia para H2S) • Secreção de muco – aderência e difusão de oxigênio e sulfeto • Não sobrevive a condições anaeróbias ou com concentração atmosférica de O2 •Difícil isolamento e cultivo – culturas mistas

ε – Thiovulum (Campylobacterales – Helicobacteraceae) - (Thios – enxofre; ovum – ovo)

Cristais de enxofre

http://www.eol.org/data_objects/2086653

Cristal de S

Vacúolo central

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Flagelos – movimentos giratórios – 600 um/s – um dos mais rápidos

Calda secretora de muco

Grupo dos espirilos (polifilético)

• Móveis • Flagelação polar • Espiraladas • Atributos fisiológicos variados ε – Campylobacter (Campylobacterales – Campylobacteraceae) e Helicobacter (Campylobacterales – Helicobacteraceae)

Doenças gástricas

http://www.eol.org/data_objects/3602661

Campylobacter jejuni

http://www.eol.org/data_objects/3602658

• Microaerofílico • Infecção por alimentos – diarréia com sangue – possui uma enterotoxina similar à da cólera – doença neuromuscular

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Campylobacter.jpg

Helicobacter pylori

http://info.fujita-hu.ac.jp/~tsutsumi/image/002/2-6.jpg

• Infecta >50% da população humana • “recente” – 1982 – infecta o homem a 60 mil anos – prêmio Nobel de medicina 2005 • Microaerofílico • Agente etiológico de gastrites e úlceras pépticas

• Outras espécies também parecem ter inportância na saúde humana. Ex. Helicobacter hepaticus – predisposição a câncer estomacal – necessária muita pesquisa

http://jaxmice.jax.org/jaxnotes/archive/469a.html

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Helicobacter http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Helicobacter

Helicobacter pylori

http://microbewiki.kenyon.edu/images/2/24/H.pylori.gif

http://ninguemmerece3g.blogspot.com/2010/08/h-pylori.html

ε - Wolinella - Campylobacterales – Helicobacteraceae

• Um flagelo – rápida movimentação • Anaeróbio • Fumarato, Polisulfeto e nitrato usados como aceptor final. • Fumarato reduzido a succinato (W. succigenes) • Polisulfeto reduzido a H2S • Asparaginase – atividade anti-tumor (pâncreas)

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Wolinella

• Simbiose em rúmem – isolado de rúmem bovino • Genoma de W. succinogenes parecido com H. pylori e C. jejuni.

Wolinella succinogenes – único membro

http://www.wolinella.mpg.de/

Deltaproteobactérias

δ

Bdellovibrio (Bdellovibrionales - Bdellovibrionaceae - δ - Grupo dos espirilos

• Aeróbio obrigatório • Mesofólico • Água e solo • Móvel – movimentação rápida – flagelo polar único com bainha • Alterações morfogenéticas ao longo do ciclo de vida • Paraliza o hospedeiro (outras bactérias gram-negativas), invade o espaço periplasmático e consome suas proteínas e ácidos nucléicos • Pode formar bdeloplasto – dormente – não compromete o hospedeiro • Cultura associada em E. coli

http://3.bp.blogspot.com/_eBP_iWowBIc/SUfrRi7_SAI/AAAAAAAAAlc/Aw6x-LWlWhQ/s1600-h/genomesworld4.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Bdello-cycle.gif http://4.bp.blogspot.com/_eBP_iWowBIc/SUfr5TSFlnI/AAAAAAAAAls/K2BugbX1xgM/s1600-h/bdellovibrio.jpg

http://microgen.ouhsc.edu/b_bacter/fig1.png

Bdellovibrio bacteriovorus

Ciclo com duas fases: I – fase de ataque de vida livrre; II – fase de crescimento intraperiplasmático.

Ciclo pode ser independente de hospedeiro Mutantes de ocorrência natural Podem ser isolados em laboratório sem a necessidade de hospedeiro Apresentando mesmas alterações morfogenéticas Facultativo em relação à necessidade de um hospedeiro

http://microgen.ouhsc.edu/b_bacter/fig2.png

FIGURE BXII.d.47. A schematic representation of the life cycles of prey-dependent (predatory), prey-independent,and facultative strains of the genus Bdellovibrio.

Parece não apresentar quimiotrofia pela presa - colisão aleatória – quimiotrofia por aminoácidos e outros compostos nutritivos – aumentando as chances

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Mixobactérias (monofilético) Myxococcus (Myxococcales – Myxococcaceae) Stigmatella (Myxococcales – Cystobacteraceae)

• “bactérias de muco” • Ordem Myxococcales • Solo rico em matéria orgânica • Produção de toxinas (enzimas “digestivas”) – lise de outras bactérias • Potencial para uso farmacológico • Se movimentam com ausência de flagelos, por deslizamento • Formam mixosporos resistentes ao ressecamento • Formam estruturas multicelulares com complexo ciclo de vida (único entre os procariotos) e dependente de comunicação intercelular • Genoma relativamente grande (8-10 Mpb) • Classificação morfológica facilitada

Ciclo de vida

http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2011/proteobacteria.html

Limo – padrão radial

cabeça

pedúnculo

10e9

https ://sites.google.com/a/mrswan.net/wiki/student-pages/alvarado/types-of-bacteria http://bbruner.org/mic_odd.htm

http://s ites.bio.indiana.edu/~velicerlab/Main2/ResearchV2.html

http://www.biotechnologie.de/BIO/Navigation/DE/Foerderung/foerderbeispiele,did=99266.html

http://archive.microbelibrary.org/microbelibrary/files/ccImages/Articleimages/graham/myxobacteria%20fig%202.jpg

Outros gêneros Archangium, Cystobacter, Melittangium, Angiococcus, Polyangium, Sorangium, Nannocystis, Chondromyces

Bactérias redutoras de sulfato e enxofre (polifilético)

• Utilizam sulfato (SO42-) como agente oxidante, produzindo

sulfeto (H2S), em condições anóxicas • MO ou (H2) como doadores de elétrons • Podem também utilizar sulfito (H2SO3), tiosulfato (S2O3

2−) e enxofre elementar (S0) • Metabolismo dissimilativo (bactérias dissimilativas redutoras de sulfato e enxofre) – grandes quantidades para produção de energia – eliminado (assimilatório – pequena quantidade para os componentes celulares) • Ambientes aquáticos e terrestres que se tornam anóxicos pela decomposição da MO • Grupo polifilético – gêneros fora do grupo das proteo – ex. Desulfotomaculum - Firmicutes • Mais de 20 gêneros de δ são conhecidos • Desulfovibrio, Desulfobacter e Desulfuromonas • Entre as bactérias mais antigas

Desulfovibrio - Desulfovibrionales - Desulfovibrionaceae

• Gênero mais estudado devido sua habilidade na exudação de metais (indústria, poluição, biorremeidação – redução de metais como Crômio) • Ambiente aquático ou solo com MO e sulfato • Crescimento ótimo entre 25 e 40°C • Móvel • Tipicamente anaeróbio – identificados alguns isolados que podem crescer na presença de oxigênio (Aerotolerante, com limitação de crescimento) • Flexibilidade metabólica – aceptores – sulfato, enxofre, nitrato, nitrito etc

http://www.flickr.com/photos/pnnl/3659555383/sizes/o/in/photostream/

Desulfovibrio desulfuricans – biofilme em hematita •Ambientes aquáticos com muita MO • Redução de minerais • Mobilização/complexação de metais e urânio • Separação de hematita e quartzo • Bioremediação – redução e bioacumulação de radionuclideos – Urânio • Bioremediação em áreas de mineração – pilhas ácidas – formação de precipitados insolúveis de metais • 3 genomas sequenciados

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/File:Nice-looking-G20.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/Rio_tinto_river_CarolStoker_NASA_Ames_Research_Center.jpg

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Fermentadores

Ambientes anóxicos com grande teor de MO e intensa atividade microbiana

MO Ácidos orgânicos Álcool

BRS

Metanogênicas

Acetogênicas H2S http://www.reliablewatersystems.com/2010/11/the-stinky-truth/

Fe

FeS2

Pirita

Calcopirita CuFeS2

Cu Fe

(Dinâmica biogeoquímica)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/ChalcopyriteUSGOV.jp

g

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/Chalcopyri teUSGOV.jpg

Zn

ZnS Esfalerita

http://pt.wikipedia.org/wiki/Esfalerita

Pb PbS

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7

0/GalenaFromKansas.jpg

Toxicidade

Cheiro Coloração

Fisiologia 2 grupos principais, em função dos compostos que utilizam como doadores de elétrons (tabela brock).

Grupo I: Não oxidantes de acetato: utilizam malato, sulfonatos, metanol, etanol, propanol e butanol – até acetato, que é excretado

H2, lactato e piruvato - universal

Desulfotomaculum – algumas linhagens usam glicose - raro

Grupo II: Oxidantes do acetato: oxidam totalmente ácidos graxos, lactato, succinato e benzoato, podendo chegar a CO2

Grupo que utiliza S0

Desulfuromonas – Desulfuromonadales - Desulfuromonadaceae

• Anaeróbias obrigatórias e utilizam apenas S0 como aceptor • Não esporulantes • Móvel, flagelo lateral ou subpolar

• ≠ de outras quimiorganotróficas anaeróbias facultativas que também podem utilizar S0 além de S2O3

2− e H2SO3 (ex. Campylobacter, Pseudomonas e Salmonella) • Mesofílico • Acetato e outras moléculas simples como doador de elétrons – até

http://garciajeanlouis9051.perso.neuf.fr/aaBXIII4_O4_5.html

Pelobacter (Desulfuromonadales – Pelobacteraceae) (Bergey) • Algumas espécies móveis, outras não • Metabolismo fermentativo sem utilização de carboidratos • Utiliza compostos ortânicos simples • Gênero heterogêneo (provavelmente ainda não definido) • Anaeróbio estrigo, não esporulante

Desulfobacter – Desulfobacterales - Desulfobacteraceae

• Ocorre individualmente ou em pares • Não esporulante • Móvel, com flagelo polar, ou não móvel • Estritamente anaeróbio • Acetato é o doador de elétrons preferencial (algumas espécies usa etanol) • Sulfato, sulgito e tiosulfato • Enxofre e nitrato não utilizados • Mesofílico

http://www.freebase.com/view/en/deltaproteobacteria

World J. Agric. Sci., 5 (3): 270-278, 2009

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Geobacter – Desulfuromonadales - Geobacteraceae Redutor de Fe • Isolado de água doce, sedimentos e solos • Mesofílico (~30°C) •Células podem crescer em cadeia • Não móveis, não formam esporos • Anaeróbios estritos • Quimiorganotrófico, utilizando o Fe(III) como aceptor de elétrons • Acetato e outros ácidos carboxílicos com doadores de elétrons e fonte de C • Orden Desulfuromonales – alguns utilizam S0 como aceptor final de elétrons, mas não utilizam sulfato, tiosulfato ou sulfito. • Primeira bactéria descrita capaz de realizar redução dissimilatória do Fe com completa oxidação dos compostos orgânicos que utiliza • 1987

Grande interesse biotecnológico

• Complexação de Urânio radioativo solúvel • Degradadores de hidrocarbonetos de petróleo • Geração de energia elétrica a partir de matéria orgânica • Pode utilizar corrente elétrica para transformar CO2 em butanol

http://www.physorg.com/news192113023.html

Eletrodo de grafite

Geobacter modificada http://4.bp.blogspot.com/_Sh06gX2xum8/S84I6UwWeYI/AAAAAAAAALI/M6pv0VgWw4g/s1600/inventions_electric_microbeimg.timeinc.ne.jpg

http://www.amazingpretty.com/2010/04/10/uranium-waste-bacteria-metallireducens-bacteria-green/

http://www.nature.com/nrmicro/journal/v4/n7/fig_tab/nrmicro1442_F5.html

• Pili de bactéria modificada: 8x mais eficiente • Fluxo reverso de elétrons • Processo “fotossintético” com consumo de CO2

http://2.bp.blogspot.com/_Sh06gX2xum8/S84IvnMD1tI/AAAAAAAAALA/VDB0VM4OD2s/s1600/image005.gif

http://1.bp.blogspot.com/_Sh06gX2xum8/S84IEAuM3wI/AAAAAAAAAKo/AdNYOJHH85k/s1600/bloom_box2.jpg

http://www.nature.com/nrmicro/journal/v4/n10/fig_tab/nrmicro1490_F1.html#figure-title

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Syntrophobacter – Syntrophobacterales - Syntrophobacteraceae

• Ocorre isolada ou em pares • Não esporulante • Anaerótios estritos, mesofílicos • Metabolismo fermentativo ou respiratório • Vários membros utilizam sulfato como aceptor de elétrons • Algumas espécies não utilizam – dependentes de sintrofia – proximidade de bactérias que utilizam H2 (metanogênicas ou sulfato redutoras) para poder oxidar o propionato – relação importante no tratamento de esgoto. • Outras espécies utilizam enxofre e sulfito, não nitrato