4.6: Archaea

Malengo ya kujifunza

• Eleza sifa ya kipekee ya kila jamii ya Archaea
• Eleza kwa nini archaea inaweza kuhusishwa na microbiomes binadamu au ugonjwa
• Kutoa mifano ya kawaida ya archaea kawaida kuhusishwa na mazingira ya kipekee mazingira

Kama viumbe katika uwanja Bakteria, viumbe wa uwanja Archaea wote ni viumbe unicellular. Hata hivyo, archaea hutofautiana kimuundo na bakteria kwa njia kadhaa muhimu, kama ilivyojadiliwa katika Tabia za kipekee za seli za Prokaryotic. Kwa muhtasari:

• Archaeal kiini utando linajumuisha uhusiano ether na matawi isoprene minyororo (kinyume na utando bakteria seli, ambayo ina uhusiano ester na unbranched fatty asidi).
• Kuta za seli za Archaeal hazina peptidoglycan, lakini baadhi yana dutu inayofanana na kimuundo inayoitwa pseudopeptidoglycan au pseudomurein.
• Jenomu za Archaea ni kubwa na ngumu zaidi kuliko zile za bakteria.

Domain Archaea ni tofauti kama Bakteria ya kikoa, na wawakilishi wake wanaweza kupatikana katika makazi yoyote. Baadhi ya archaea ni mesophiles, na wengi ni extremophiles, wakipendelea joto kali au baridi, chumvi kali, au hali nyingine ambazo ni chuki kwa aina nyingine nyingi za maisha duniani. Kimetaboliki yao imechukuliwa na mazingira magumu, na wanaweza kufanya methanogenesis, kwa mfano, ambayo bakteria na eukaryotes hawawezi.

Ukubwa na utata wa genome ya archaeal hufanya iwe vigumu kuainisha. Wataalamu wengi wanakubaliana kwamba ndani ya Archaea, kwa sasa kuna phyla kuu tano: Crenarchaeota, Euryarchaeota, Korarchaeota, Nanoarchaeota, na Thaumarchaeota. Kuna uwezekano wa makundi mengine mengi ya archaeal ambayo bado haijasoma kwa utaratibu na kuainishwa.

Isipokuwa wachache, archaea haipo katika microbiota ya binadamu, na hakuna hata mmoja anayejulikana kwa sasa kuhusishwa na magonjwa ya kuambukiza kwa binadamu, wanyama, mimea, au vijidudu. Hata hivyo, wengi hufanya majukumu muhimu katika mazingira na hivyo wanaweza kuwa na athari ya moja kwa moja juu ya afya ya binadamu.

Crenarchaeota

Crenarchaeota ni darasa la Archaea ambalo ni tofauti sana, zenye genera na aina ambazo hutofautiana sana katika morpholojia yao na mahitaji ya ukuaji. Crenarchaeota zote ni viumbe vya majini, na hufikiriwa kuwa vijiumbe vingi zaidi katika bahari. Wengi, lakini si wote, Crenarchaeota ni hyperthermophiles; baadhi yao (hasa jenasi Pyrolobus) wana uwezo wa kukua kwa joto hadi 113 °C^.

Archaea wa jenasi Sulfolobus (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) ni thermophiles zinazopendelea joto karibu 70—80°C na asidofili zinazopendelea pH ya 2—3. ² Sulfolobus inaweza kuishi katika mazingira ya aerobic au anaerobic. Katika uwepo wa oksijeni, Sulfolobus spp. kutumia michakato ya kimetaboliki sawa na yale ya heterotrophs. Katika mazingira ya anaerobic, wao oxidize sulfuri kuzalisha asidi sulfuriki, ambayo ni kuhifadhiwa katika granules. Sulfolobus spp. hutumiwa katika bioteknolojia kwa ajili ya uzalishaji wa protini za thermostable na asidi-sugu zinazoitwa affitins. ³ Affitins inaweza kumfunga na neutralize antijeni mbalimbali (molekuli zinazopatikana katika sumu au mawakala wa kuambukiza ambayo husababisha majibu ya kinga kutoka kwa mwili).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Sulfolobus, archaeon ya darasa Crenarchaeota, oxidizes sulfuri na maduka ya asidi sulfuriki katika granules yake.

Jenasi nyingine, Thermoproteus, inawakilishwa na viumbe madhubuti anaerobic na joto mojawapo ya ukuaji wa 85 °C. Thermoproteus ina utando wa seli ambamo lipidi huunda monolayer badala ya bilayer, ambayo ni ya kawaida kwa archaea. Kimetaboliki yake ni autotrophic. Ili kuunganisha ATP, Thermoproteus spp. kupunguza sulfuri au hidrojeni ya molekuli na kutumia dioksidi kaboni au monoxide kaboni kama chanzo cha kaboni. Thermoproteus inadhaniwa kuwa jenasi ya kina zaidi ya matawi ya Archaea, na hivyo ni mfano hai wa baadhi ya aina za mwanzo za maisha ya dunia yetu.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Ni aina gani za mazingira ambazo Crenarchaeota hupendelea?

Euryarchaeota

Phylum Euryarchaeota inajumuisha madarasa kadhaa tofauti. Spishi katika madarasa Methanobacteria, Methanococci, na Methanomicrobia zinawakilisha Archaea ambazo zinaweza kuelezewa kwa ujumla kama methanojeni. Methanogens ni ya kipekee kwa kuwa wanaweza kupunguza dioksidi kaboni mbele ya hidrojeni, kuzalisha methane. Wanaweza kuishi katika mazingira uliokithiri zaidi na wanaweza kuzaliana kwa joto tofauti kutoka chini ya kufungia hadi kuchemsha. Methanogeni zimepatikana katika chemchem za moto na vilevile kirefu chini ya barafu huko Greenland. Wanasayansi wengine hata walidhani kwamba methanogens inaweza kukaa katika sayari Mars kwa sababu mchanganyiko wa gesi zinazozalishwa na methanogens unafanana na babies ya anga ya Martian. ⁴

Methanogens hufikiriwa kuchangia kuundwa kwa sediments ya anoxic kwa kuzalisha sulfidi hidrojeni, na kufanya “gesi ya marsh.” Pia huzalisha gesi katika ruminants na wanadamu. Baadhi ya genera za methanojeni, hasa Methanosarcina, zinaweza kukua na kuzalisha methane mbele ya oksijeni, ingawa idadi kubwa ni anaerobes kali.

Darasa la Halobacteria (ambalo liliitwa kabla ya wanasayansi kutambuliwa tofauti kati ya Archaea na Bakteria) linajumuisha halophilic (“chumvi-upendo”) archaea. Halobacteria zinahitaji viwango vya juu sana vya kloridi ya sodiamu katika mazingira yao ya majini. Mkusanyiko unaohitajika ni karibu na kueneza, kwa asilimia 36; mazingira hayo ni pamoja na Bahari ya Chumvi pamoja na baadhi ya maziwa ya chumvi katika Antaktika na Asia ya kusini-kati. Kipengele kimoja cha ajabu cha viumbe hivi ni kwamba hufanya usanisinuru kwa kutumia bacteriorhodopsin ya protini, ambayo huwapa, na miili ya maji wanayoishi, rangi ya zambarau nzuri (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Halobacteria kukua katika mabwawa haya ya chumvi huwapa rangi ya zambarau tofauti. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Tony Hisgett)

Spishi mashuhuri za Halobacteria ni pamoja na Halobacterium salinarum, ambayo inaweza kuwa kiumbe hai kongwe kabisa duniani; wanasayansi wametenga DNA yake na fossils ambazo zina umri wa miaka milioni 250. ⁵ Aina nyingine, Haloferax volcanii, inaonyesha mfumo wa kisasa sana wa kubadilishana ion, ambayo inawezesha kusawazisha mkusanyiko wa chumvi katika joto la juu

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Halobacteria huishi wapi?

Kutafuta Kiungo Kati ya Archaea na Magonjwa

Archaea hawajulikani kusababisha ugonjwa wowote kwa binadamu, wanyama, mimea, bakteria, au katika archaea nyingine. Ingawa hii inafanya maana kwa extremophiles, si archaea wote wanaoishi katika mazingira uliokithiri. Genera nyingi na spishi za Archaea ni mesophiles, hivyo wanaweza kuishi katika microbiomes ya binadamu na wanyama, ingawa hawafanyi mara chache. Kama tulivyojifunza, baadhi ya methanogens zipo katika njia ya utumbo wa binadamu. Hata hivyo hatuna ushahidi wa kuaminika unaoelezea archaean yoyote kama wakala wa causative wa ugonjwa wowote wa binadamu.

Hata hivyo, wanasayansi wamejaribu kupata viungo kati ya ugonjwa wa binadamu na archaea. Kwa mfano, mwaka 2004, Lepp et al. aliwasilisha ushahidi kwamba archaean aitwaye Methanobrevibacter oralis inakaa ufizi wa wagonjwa wenye ugonjwa wa kipindi. Waandishi walipendekeza kuwa shughuli za methanogens hizi husababisha ugonjwa huo. ⁶ Hata hivyo, hatimaye ilionyeshwa kuwa hapakuwa na uhusiano wa causal kati ya M. oralis na periodontitis. Inaonekana uwezekano mkubwa zaidi kwamba ugonjwa wa kipindi husababisha kupanua kwa mikoa ya anaerobic katika kinywa ambacho hatimaye huishi na M. oralis. ⁷

Bado hakuna jibu nzuri kwa nini archaea haionekani kuwa pathogenic, lakini wanasayansi wanaendelea kubashiri na matumaini ya kupata jibu.

Muhtasari

• Archaea ni microorganisms unicellular, prokaryotic ambayo hutofautiana na bakteria katika jenetiki zao, biokemia, na ikolojia.
• Baadhi ya archaea ni extremophiles, wanaoishi katika mazingira yenye joto la juu sana au la chini, au salinity kali.
• Archaea pekee hujulikana kuzalisha methane. Archaea inayozalisha methane huitwa methanogens.
• Archaea ya Halophilic inapendelea mkusanyiko wa chumvi karibu na kueneza na kufanya usanisinuru kwa kutumia bacteriorhodopsin.
• Baadhi ya archaea, kulingana na ushahidi wa visukuku, ni kati ya viumbe vya kale zaidi duniani.
• Archaea hawaishi kwa idadi kubwa katika microbiomes ya binadamu na haijulikani kusababisha ugonjwa.

maelezo ya chini

1. E. blochel et al. “Pyrolobus fumani, gen. na sp. Novemba., inawakilisha kikundi cha riwaya cha Archaea, kupanua kikomo cha juu cha joto kwa maisha hadi 113 ^° C.” Extremophiles (1 1997) :14—21.
2. T.D Brock et al. “Sulfolobus: Jenasi mpya ya Bakteria ya Sulfur-oxidizing wanaoishi chini ya pH na Joto la Juu.” Archiv für Mikrobiologie 84 hakuna. 1 (1972) :54—68.
3. Pacheco et al. “Affinity Transfer kwa Archaeal Extremophilic Sac7d Protini na Insertion ya CDR.” Protini Engineering Design na Uchaguzi 27 hakuna. 10 (2014) :431-438.
4. R.R. Britt “Crater Critters: Ambapo Mars Microbes Huenda Lurk.” www.space.com/1880-crater-cri... obes-lurk.html. Ilifikia Aprili 7, 2015.
5. H. Vreeland et al. “Asidi ya mafuta na DA Uchambuzi wa Bakteria ya Permian Imetengwa kutoka fuwele za kale za chumvi hufunua Tofauti na jamaa zao za kisasa.” Extremophiles 10 (2006) :71-78.
6. P.W Lepp et al. “Archaea ya Methanogenic na Ugonjwa wa Gum ya Binadamu.” Kesi za Chuo cha Taifa cha Sayansi cha Marekani 101 namba 16 (2004) :6176—6181.
7. R.I Aminov. “Jukumu la Archaea katika Magonjwa ya Binadamu.” Mipaka katika Mikrobiolojia ya mkononi na Maambukizi 3 (2013) :42.