19.2B: Archaea

Cuando estos organismos microscópicos fueron descubiertos por primera vez (en 1977), fueron considerados bacterias. Sin embargo, cuando se secuenció su ARN ribosómico, se hizo evidente que no tenían una relación cercana con la bacteria y, de hecho, estaban más estrechamente relacionados con los eucariotas (¡incluyéndonos a nosotros mismos!) Durante un tiempo fueron referidos como arquebacterias, pero ahora para enfatizar su distinción, las llamamos Archaea. También se les ha llamado Extremófilos en reconocimiento a los ambientes extremos en los que se han encontrado:

• Termófilos que viven a altas temperaturas
• hipertermófilos que viven a temperaturas realmente altas (¡el récord actual es de 121°C!)
• Psicrófilos a los que les gusta el frío (uno en la Antártida crece mejor a 4°C)
• halófilos que viven en ambientes muy salinos (como el Mar Muerto)
• acidófilos que viven a pH bajo (tan bajos como pH 1 y que mueren a pH 7!)
• alcalófilos que prosperan a un pH alto.

La mayoría de las >250 especies nombradas que se han descubierto hasta ahora se han colocado en dos grupos: Euryarchaeota y Crenarchaeota

Euryarchaeota

Hay tres grupos principales: Metanógenos, Halófilos. y Termoacidófilos.

Metanógenos

Estos se encuentran viviendo en ambientes anaeróbicos como

• el lodo de pantanos y marismas
• el rumen del ganado (donde viven del hidrógeno y son\(\ce{CO2}\) producidos por otros microbios que conviven con ellos)
• nuestro colon (intestino grueso)
• lodos de aguas residuales
• el intestino de las termitas

Son quimioautótrofos; utilizan hidrógeno como fuente de electrones para reducir el dióxido de carbono a los alimentos y emitir metano (“gas de pantano”\(\ce{CH4}\)) como subproducto.

\[\ce{4H2 + CO2 -> CH4 + 2H2O} \nonumber\]

Dos metanógenos que han tenido sus genomas completos secuenciados:

• Methanocaldococcus jannaschii
• Metanothermobacter thermoautotrophicus

Halófilos

Estos se encuentran en ambientes extremadamente salinos como el Gran Lago Salado en Estados Unidos y el Mar Muerto. Mantienen el equilibrio osmótico con su entorno al acumular la concentración de soluto dentro de sus células.

Termoacidófilos

Como su nombre indica, a estos les gusta caliente y ácido (¡pero no tan caliente como algunos de los Crenarchaeota!). Se encuentran en lugares como manantiales de azufre ácido (por ejemplo, en el Parque Nacional Yellowstone) y respiraderos submarinos (“fumadores negros”).

Crenarchaeota

A los primeros miembros de este grupo en ser descubiertos les gusta mucho calor y así se llaman hipertermófilos. Uno puede crecer a 121°C (la misma temperatura en los autoclaves utilizados para esterilizar medios de cultivo, instrumentos quirúrgicos, etc.). A muchos les gusta ácido así como caliente y viven en manantiales de azufre ácidos a un pH tan bajo como 1 (el equivalente de ácido sulfúrico diluido). Estos utilizan el hidrógeno como fuente de electrones para reducir el azufre con el fin de obtener la energía que necesitan para sintetizar su alimento (a partir del CO ₂).

Aeropyrum pernix es uno de los miembros del grupo que ha tenido su genoma completamente secuenciado. Otros miembros de este grupo parecen constituir una gran fracción del plancton en aguas frías, marinas y los microbios tanto en el suelo como en el océano que convierten el amoníaco en nitritos (nitrificación).

Posición Evolutiva de las Archaea

Las arqueas tienen una curiosa mezcla de rasgos característicos de bacterias así como rasgos encontrados en eucariotas. En el cuadro se resumen algunas de ellas.

Rasgos eucariotas	Rasgos Bacterianos
Maquinaria de replicación de ADN histonas estructuras similares a nucleosomas Maquinaria de transcripción ARN polimerasa TFIIB Proteína de unión a TATA (TBP) Maquinaria de traducción factores de iniciación proteínas ribosómicas factores de elongación envenenado por toxina de la difteria	cromosoma simple, circular operones sin intrones canales de transporte de membrana tipo bacteriano Muchos procesos metabólicos producción de energía fijación de nitrógeno síntesis de polisacáridos

¿Qué podemos concluir de esta colección de rasgos?

Muchos rasgos encontrados en la bacteria aparecieron por primera vez en los antepasados de todos los grupos actuales. La división que condujo a las arqueas y los eucariotas se produjo después de que la bacteria había seguido su propio camino. Sin embargo, la adquisición por eucariotas de mitocondrias (probablemente de un antepasado de las rickettsias actuales) y cloroplastos (a partir de cianobacterias) ocurrió después de que su línea había divergido de las arqueas (es decir, la hipótesis de la endosimbiosis).

Figura 19.2.2.1 Árbol de la vida Un árbol de raíces especulativamente para los genes de ARNr, que muestra los tres dominios de vida Bacterias, Archaea y Eucariontes, y que une las tres ramas de organismos vivos al LUCA (el tronco negro en la parte inferior del árbol), 2009. (Dominio público; Instituto de Astrobiología de la NASA vía Wikipedia)

A medida que se secuencian más y más genes, parece que la línea que finalmente produjo eucariotas se separó después de la línea que conduce a la euryarchaeota. Si ese es el caso, Archaea es un grupo parafilético, y compartimos un ancestro común con las otras arqueas más recientemente que ellos (y nosotros) lo hicimos con la euryarchaeota.

Importancia económica de las Archaea

Debido a que tienen enzimas que pueden funcionar a altas temperaturas, se está haciendo un esfuerzo considerable para explotar las arqueas para procesos comerciales como proporcionar enzimas para ser agregadas a detergentes (mantener su actividad a altas temperaturas y pH) y una enzima para encubrir almidón de maíz en dextrinas. También se pueden alistar arqueas para ayudar en la limpieza de sitios contaminados, por ejemplo, derrames de petróleo.