chimica-online.it

Archaea

Archaea:

Il termine Archaea sta ad indicare un gruppo di microorganismi, denominati talvolta anche Archeobatteri, la cui collocazione nel mondo dei viventi rappresenta un per certi aspetti un enigma.

La soluzione del puzzle rappresentato dalla definizione dei corretti rapporti filogenetici tra Archaea, Batteri ed Eucarioti rappresenta senza dubbio un passo avanti decisivo verso la rappresentazione della storia della vita sul nostro pianeta.

Collocazione Archaea

Figura 1: Gli Archaea rappresentano un gruppo distinto di viventi la cui classificazione è ancora incerta.

Storia e classificazione

Tradizionalmente, gli organismi viventi venivano suddivisi in due domini principali: Procariota ed Eucariota, che individuano rispettivamente i batteri, organismi più semplici e privi di nucleo come di altri organelli citoplasmatici provvisti di membrane, e gli organismi più complessi, unicellulari o pluricellulari, dotati di cellule più grandi e organizzate.

L’avvento delle tecniche di analisi molecolare e di sequenziamento del DNA permisero, negli anni ‘70, di determinare la suddivisione, nel dominio Procariota, di due gruppi, basata sull’analisi della sub-unità 16S dei ribosomi. Queste sequenze, essendo molto conservate, sono un buon sistema di misura della distanza, in termini evolutivi, degli organismi. Dall’osservazione di queste differenze venne introdotta la distinzione dei procarioti in Archaebacteria ed Eubacteria ad opera di Woese e Fox nel 1977.

L’osservazione della presenza di un'unica membrana nella parete cellulare, portò nel 2002 Cavalier-Smith a ritenere gli Archaea e gli Eucarioti entrambi discendenti di batteri Gram positivi, a loro volta derivati da batteri Gram negativi portatori di doppia membrana. Attualmente l’approfondita analisi perpetrata con tecniche molecolari porta a ritenere che gli Archaea si siano separati molto presto dall’antenato comune con i Batteri e siano direttamente coinvolti nell’evoluzione degli Eucarioti.

Caratteristiche degli Archaea

Gli Archaea si presentano con dimensioni simili a quelle dei Batteri e, come questi ultimi, sono privi di nucleo e di organelli cellulari propriamente definiti e separati da membrana. Le differenze strutturali tra Batteri e Archaea si riscontrano principalmente nella diversa configurazione della parete cellulare e della membrana.

La parete cellulare degli Archaea è priva della molecola che caratterizza la parete dei Batteri, ossia il Peptidoglicano. In molti Archaea è presente una struttura simile, lo Pseudopeptidoglicano, che presenta al posto dell’acido N-acetilmuramico un composto differente, l’acido N-talosaminuronico e non presenta amminoacidi nella forma D, come accade nel Peptidoglicano. I legami β, infine, sono di tipo 1-3 e non di tipo 1-4.

Non tutti gli Archaea, inoltre, presentano questa struttura di rivestimento cellulare, ma molti, soprattutto quelli che vivono in ambienti ipersalini, sono dotati di rivestimenti differenti, composti da proteine, glicoproteine e polisaccaridi.

Parete cellulare negli Archaea

Figura 2: Parete cellulare negli Archaea.

Altra caratteristica distintiva tra Archaea e Batteri è rappresentata dalla membrana cellulare. Nei Batteri infatti quest’ultima è composta da molecole di  D-glicerolo unite ad acidi grassi tramite legami esterici.

Negli Archaea invece il glicerolo ha differente chiralità, essendo presente in forma L, e gli acidi grassi sono sostituiti da catene laterali di isoprenoidi a cinque atomi di carbonio, unite al glicerolo da legami di tipo etere. La membrana può essere composta da un singolo strato lipidico o da due stati parzialmente sovrapposti.

Differenze nei fosfolipidi di membrana

Figura 3: Differenze nei fosfolipidi di membrana.

Evoluzione degli Archaea e legame con gli Eucarioti

Come detto, la tendenza attuale è quella di definire gli Archaea come un gruppo separato dai Batteri, superando pertanto il concetto di Procarioti come gruppo monofiletico e considerando il mondo suddiviso in tre domini: Bacteria, Archaea e Eukaryota.

L’ipotesi della nascita degli eucarioti vedrebbe,in questo sistema, un evento di endosimbiosi tra un batterio ed un archebatterio come il momento della nascita della prima cellula eucariota. In questo contesto l’archebatterio avrebbe costituito il nucleo di questo nuovo organismo, mentre il batterio ne avrebbe rappresentato il citoplasma.

La vicinanza tra archaea ed eucarioti si osserva in particolare in tre caratteristiche fondamentali della loro organizzazione:

  • la presenza di introni all’interno dei geni;
  • la struttura ed il funzionamento della RNA Polimerasi;
  • la tipologia di tRNA.

Gli introni sono assenti nel genoma batterico e presenti, in piccola parte, in quello degli Archaea, confinati soprattutto (ma non esclusivamente) nelle regioni che codificano per tRNA e rRNA.

La RNA Polimerasi, pur essendo di un unico tipo (a differenza dei tre diverse enzimi presenti negli eucarioti) presenta aspetti strutturali e funzionali più vicini a quelle eucariotiche che a quelle batteriche. I tRNA, infine, presentano metionina (come gli eucarioti) al posto della N-formil-metionina dei tRNA batterici.

Ciononostante, alcune evidenze rendono lo schema evolutivo proposto non privo di incertezze: analisi cladistiche basate su evidenze molecolari, ad esempio, pongono alcuni Phyla di archaea più vicini ai batteri di quanto non lo siano agli altri Phyla del proprio Regno, rendendo complicata l’ interpretazione di questi risultati.

Sistematica ed ecologia degli Archaea

Dal punto di vista sistematico, si riconoscono tre Phyla di Archaea, determinati dall’analisi delle sequenze di DNA:

  • Crenarchaeota;
  • Euryarchaeota;
  • Korarchaeota.

Del terzo Phylum è noto solo il genoma di alcune specie, mentre le caratteristiche strutturali ed ecologiche sono del tutto sconosciute poiché non è mai stato possibile isolarle.

Vale la pena di ricordare, a tal proposito, come il contributo delle tecniche di sequenziamento del DNA sia stato determinante nello studio della microbiologia, portando alla scoperta dell’esistenza di numerose specie che, non essendo in grado di crescere in coltura, erano del tutto sconosciute primo dell’avvento di queste innovative tecniche di indagine.

Dal punto di vista ecologico gli Archaea ricoprono ruoli molto importanti; essi sono infatti i principali microrganismi che sopravvivono in condizioni estreme quali le zone di risalita di materiale vulcanico, con temperature superiori ai cento gradi, le acque ipersaline o le terre particolarmente fredde.

Archeobatteri Psicrofili infatti sono infatti in grado di sopravvivere a temperature inferiori ai -10°C. In particolare, nelle specie ipertermofile, la presenza di un unico strato di membrana nella parete cellulare conferisce maggiore rigidità e resistenza alla struttura permettendole di resistere all’elevatissima temperatura.

Ti lasciamo infine alcuni link che ti potrebbero interessare:

Che cos'è il proteasoma?

Studia con noi