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bioDIVERSIDAD
¿Por qué es importante reconocer la biodiversidad microbiana?
• Rol crítico de los microorganismos en
ciclos biogeoquímicos.
• Presentes en la Tierra hace mucho tiempo.
• Importancia en aspectos clínicos,
industriales y aspectos de tratamiento de
desperdicios.
• Entender límites biológicos.
• Indicadores de condiciones ambientales.
• Potencial biotecnología.
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To gain a better understanding of the ecology of important
microorganisms in environmental samples
Main Objectives
1.! Which bacterial are present in a sample? How many
different types?
2.! Which bacteria are active and growing?
3.! Does the microbial community structure influence the
biogeochemical process rates?
4.! Can an understanding of the ecology of microorganisms
help in predicting carbon sequestration or other
biogeochemical change?
Simple questions
Long Term Goals
Unidad Básica: Especie(Sistema binomial, 200 años; Lineo)
• Especie, población donde sus miembros pueden intercambiar genes unos con otros. Los miembros de una especie no pueden intercambiar genes con miembros de otras especies [Jim Smith, Ann. Rev. Ecol. Syst. 21:1-12].
! ...¿qué de especies que se reproducen asexualmente?
• Especie, un grupo de organismos parecidos, y un taxón definido por sus propiedades colectivas del grupo suficientes para distinguir la especie de otros grupos relacionados [Microbial Diversity: Priorities for Research and Infrastructure. Report of a conference held June 15-18, 1992, E. Lan., MI].
! ...¿cómo puede ser definida objetivamente la categoría de especie? ¿qué características pueden ser consideradas como diagnósticas? ¿cuánta diferenciación debe existir entre dos poblaciones antes de que éstas sean reconocidas como especies independientes?
• Especie, homología mayor de 70% DNA-DNA [Bergey's Manual, 1984].
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Funciones:
Identificar y describir la unidad taxonómica básica o especie.
Divisar la forma apropiada de catalogar esas unidades.
– Taxonomía numérica - forma para evaluar datos fenotípicos (organismos vs. caracteres).
– Taxonomía polifásica - fenotipos y genotipos.
1.! Clasificación - el arreglo ordenado de unidades a grupos.
2.! Nomenclatura - rotular o nombrar unidades definidas por clasificación.
3.! Identificación - aplicación práctica del arte de clasificación y nomenclatura.
Taxonomía: el arte de la
clasificación biológica
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Características utilizadas en
taxonomía microbiana
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• Características morfológicasi.! forma
ii. tamaño
iii. motilidad (mótil, no-mótil); flagelo (posición,
número, etc); 'gladding'
iv. inclusiones celulares
v. color
vi. morfología de la colonia
vii. características ultraestructurales
viii. tinciones
Características utilizadas en
taxonomía microbiana
! • Características fisiológicas y metabólicasi. composición de la membrana
ii. composición y estructura de la pared celular
(LPS)
iii. metabolismo energético básico
iv. caracteres nutricionales y metabólicos
v. requisitos nutricionales especiales
vi. susceptibilidad a bacteriófagos
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• Características ecológicas
• Análisis genéticos
• Características molecularesi. comparación de proteínas, enzimas, polyaminas
ii. composición de ácidos nucleícos (%G+C)
iii. hibridización de ácidos nucleícos
iv. secuencia de ácidos nucleícos
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…taxonomía
• Clasificación fenética - sistema basado en semejanzas generales (e.d., morfología).
• Clasificación filogenética - sistema basado en relaciones evolutivas (desarrollo evolutivo de la especie; valor en términos de predicción).
…taxonomía
Clasificación FenéticaClasificación Fenética
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Clasificación Filogenética
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http://greengenes.lbl.gov/cgi-bin/nph-index.cgi
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• Función universal
• Distribución universal
• Estimado: 1-2% variación en la secuencia cada
50 millones de años
• Fácil de aislar y caracterizar
• Estructura secundaria conocida
• Regiones conservadas y otras variables
• Secuencia comparable con otros organismos
• Banco de datos (RDP, ribosomal data project,
Greengenes, etc.)
Análisis Filogenético16S RNA RibosomalAnálisis Filogenético16S RNA Ribosomal
Resultados:
(características de un cronómetro evolutivo)
• Posición evolutiva relativa (distancia evolutiva).
• Tres linajes distintivos (2 Prokarióticos/1 Eucariótico) Arquea, Bacteria & Eucaria.
• La raiz del árbol de la vida representa una forma ancestral común.
• Arquea & Eucaria son evolutivamente más relacionados.
• Las Arqueas están evolutivamente más cercanas a la forma ancestral (más primitivos).
• Eucariotas están más distanciados de la forma ancestral (menos primitivos).
• Origen termofílico de los seres orgánicos.
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Phylum
Categorías
Reino
Filo
Clase
Orden
Familia
Género & Especie
Tres SUPERDOMINIOS(superREINOS):
• Arquea:• Crenarqueota (hipertermofílicas/acidofílicas)
• Euryarqueota (termofílicas, metanogénicas y halofílicas)
• Korarqueota (no-cultivables hasta el momento)
Tres SUPERDOMINIOS(superREINOS):
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• Arquea:• Crenarqueota (hipertermofílicas/acidofílicas)
• Euryarqueota (termofílicas, metanogénicas y halofílicas)
• Korarqueota (no-cultivables hasta el momento)
• Bacteria:• 17 linajes distintivos
Tres SUPERDOMINIOS
(superREINOS):
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Brock 2000
9th Edition
Décima Edición
Brock: Biology of Microorganisms
Phylums:
Proteobacterias (5 subdiviciones)
Bacterias Gram Positivas (Low GC/High GC)
Cianobacterias
Clamidias
Planctomicetos/Pirellula
Verrucomicrobia
Flavobacteria
Citofagales
Bacterias verdes sulfurosas
Espiroquetas
Deinococcales
Bacterias verdes no-sulfurosas
Termofílicas (Thermatoga, Thermodesulfobacterium, Aquifex)
Nitrospira
Deferribacter
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• Arquea:• Crenarqueota (hipertermofílicas/acidofílicas)
• Euryarqueota (termofílicas, metanogénicas y halofílicas)
• Korarqueota (no-cultivables hasta el momento)
• Bacteria:• 12 linajes distintivos
• Eucaria:• Protistas
• Hongos
• Plantas
• Animales
Tres SUPERDOMINIOS
(superREINOS):
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Características Bacteria Arquea Eucaria
Estructura celular prokarióticaDNA circularNúcleo rodeado por membranasPared celularLípidos de la membranaAcidos grasos membranaRibosomasIniciador tRNA
Intrones en los genes de tRNAIntrones en la mayoría de genesOperonesPlásmidosRibosomas sensitivos a toxina difteriaSensitividad: cloroamfenicol,
kanamacina y estreptomicinaMetanogénesisReducción de S° a H2SNitrificaciónDenitrificaciónFijación de nitrógenoFotosíntesis vía clorofilasQuimiolitotrofíaVesículas de gas
SíSíNo
MureínaEsterLineal70S
Formil-metionina
NoNoSíSíNoSí
NoSíSíSíSíSíSíSí
SíSíNo
No-mureínaEter
Ramificados70S
Metionina
SíNoSíSíSíNo
SíSíNoSíSíNoSíSí
NoNoSí
No-mureínaEsterLineal
80S & 70SMetionina
SíSíNo
RarosSíNo
NoNoNoNoNoSíNoNo