El dominio Archaea no fue reconocido como un dominio principal de la vida hasta hace poco. Hasta el siglo XX, la mayoría de los biólogos consideraban que todos los seres vivos podían clasificarse como una planta o un animal. Pero en los años cincuenta y sesenta, la mayoría de los biólogos llegaron a la conclusión de que este sistema no logró acomodar a los hongos, protistas y bacterias. En los años setenta, un sistema de Cinco Reinos había llegado a ser aceptado como el modelo por el cual todos los seres vivos podían ser clasificados. En un nivel más fundamental, se hizo una distinción entre las bacterias procariotas y los cuatro reinos eucariotas (plantas, animales, hongos y protistas). La distinción reconoce los rasgos comunes que comparten los organismos eucariotas, como los núcleos, los citoesqueletos y las membranas internas.
La comunidad científica se sintió comprensiblemente sorprendida a finales de los setenta por el descubrimiento de un grupo completamente nuevo de organismos - las Archaea. El Dr. Carl Woese y sus colegas de la Universidad de Illinois estaban estudiando las relaciones entre los procariontes usando secuencias de ADN, y encontraron que había dos grupos claramente diferentes. Aquellas "bacterias" que vivían a altas temperaturas o produjeron metano se agruparon como un grupo muy alejado de las bacterias usuales y los eucariotas. Debido a esta vasta diferencia en la composición genética, Woese propuso que la vida se divida en tres dominios : Eukaryota, Eubacteria y Archaebacteria. Más tarde decidió que el término Archaebacteria era un nombre incorrecto, y lo acortó a Archaea. Los tres dominios se muestran en la ilustración de arriba a la derecha,
El trabajo adicional ha revelado sorpresas adicionales, que usted puede leer sobre en las otras páginas de esta exhibición. Es cierto que la mayoría de los arqueólogos no se ven tan diferentes de las bacterias bajo el microscopio, y que las condiciones extremas bajo las cuales muchas especies viven les ha hecho difíciles de cultivar, por lo que su lugar único entre los organismos vivientes no fue reconocido. Sin embargo, bioquímicamente y genéticamente, son tan diferentes de las bacterias como usted. Aunque muchos libros y artículos todavía se refieren a ellos como "Archaebacteria", ese término ha sido abandonado porque no son bacterias - son Archaea.
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Encontrar Archaea: Las aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone, EE.UU., fueron los primeros lugares Archaea fueron descubiertos. A la izquierda está Octopus Spring, ya la derecha está Obsidian Pool. Cada piscina tiene un contenido de minerales ligeramente diferente, temperatura, salinidad, etc, por lo que diferentes piscinas pueden contener diferentes comunidades de arqueas y otros microbios. Los biólogos representados arriba son inmersión de diapositivas de microscopio en la piscina de ebullición sobre la cual algunos archaeans podrían ser capturados para el estudio.
Los arqueanos incluyen habitantes de algunos de los ambientes más extremos del planeta. Algunos viven cerca de respiraderos de rift en el mar profundo a temperaturas de más de 100 grados centígrados. Otros viven en aguas termales (como las que se muestran arriba), o en aguas extremadamente alcalinas o ácidas. Se han encontrado próspera dentro de los tractos digestivos de vacas, termitas y vida marina donde producen metano. Viven en los lodos anóxicos de los pantanos y en el fondo del océano, e incluso prosperan en depósitos de petróleo profundamente subterráneos.
Algunas arqueas pueden sobrevivir a los efectos desecantes de las aguas extremadamente salinas. Un grupo de archaea amante de la sal incluye Halobacterium , un archaean bien estudiado. La bacteriorrodopsina pigmentaria sensible a la luz da a Halobacterium su color y le proporciona energía química. Bacteriorhodopsin tiene un color púrpura precioso y bombea protones al exterior de la membrana. Cuando estos protones fluyen hacia atrás, se utilizan en la síntesis de ATP, que es la fuente de energía de la célula. Esta proteína es químicamente muy similar al pigmento de luz que detecta la rodopsina , que se encuentra en la retina vertebrada.
Los arcaicos pueden ser los únicos organismos que pueden vivir en hábitats extremos tales como respiraderos térmicos o agua hipersalina. Pueden ser extremadamente abundantes en ambientes que son hostiles a todas las otras formas de vida. Sin embargo, las arqueas no están restringidas a ambientes extremos; La nueva investigación está demostrando que los arqueos son también absolutamente abundantes en el plancton del mar abierto. Todavía queda mucho por aprender acerca de estos microbios, pero es claro que las arqueas es un clado notablemente diverso y exitoso de los organismos.
Archaea ofrece un gran panel de organismos extremófilos que expresan proteínas que son capaces de permanecer correctamente dobladas y funcionales en las condiciones biofísicas más duras.
El estudio de este grupo de organismos ha descubierto enzimas arcaicas y proteínas con propiedades inusuales en comparación con sus homólogos tradicionales. Además, con su facilidad de producción y muestras de mejor comportamiento para la cristalografía de rayos X, por ejemplo, las proteínas arcaicas son a menudo más convenientes para estudios de biología estructural que sus equivalentes eucariotas. El conocimiento así adquirido puede abrir rutas a aplicaciones biotecnológicas comerciales. Estos últimos años, con la aparición de técnicas de secuenciación de próxima generación para decodificar genomas y metagenomas enteros y la presión para desarrollar procesos industriales más "verdes", la tasa de nuevas proteínas archaeas reportadas ha aumentado significativamente, ampliando nuevamente su potencial de aplicaciones. En este número especial de Archaea,
El ADN y las ligas de ARN son enzimas esenciales en las células vivas y tienen aplicaciones en biología molecular. Una revisión de M. Tanabe et al. Discute los usos de las ligasas de ADN y el progreso reciente en el desciframiento de sus mecanismos catalíticos a través de estudios estructurales y describen cómo la ingeniería de proteínas puede mejorar la eficacia de ligación de una ADN ligasa arcaica en un amplio intervalo de temperaturas. En otro artículo sobre ligasas, CR Chambers y WM Patrick presentan el estado actual de conocimientos sobre las ligas de ácidos nucleicos archaeaicos, incluidas las ligas de ARN, destacando sus notables propiedades relevantes para los biotecnólogos, y discuten las modificaciones de las actividades de las ARN ligasas archaeasicas mediante mutagénesis dirigida a Desarrollar protocolos de biología molecular más eficientes.
JA Littlechild revisa la investigación sobre el descubrimiento y las aplicaciones potenciales de una gama de proteínas archaeal thermophilic, que ilustran la energía de las enzimas archaeal para la biocatálisis industrial diverso. Luego, un artículo de VM Gumerov et al. Describe la caracterización de una nueva β-glicosidasa termoestable y multifuncional de Acidilobus saccharovorans que muestra una alta tolerancia a la glucosa, una propiedad deseada para tales enzimas usadas para procesar biomasa de lignocelulosa. C.-H. Wu et al. Presentan una revisión que resume las estrategias utilizadas en la ingeniería y caracterización de tres formas diferentes de hidrogenasa soluble I del hipertermófilo Pyrococcus furiosus , una enzima que se ha utilizado in vitro para la producción de hidrógeno.
Archaea no sólo son interesantes para aplicaciones de catálisis. JC Charlesworth y BP Burns dan una visión general completa de los compuestos de bajo peso molecular arcaicos que incluyen péptidos con propiedades antimicrobianas que pueden ser explotados con fines biotecnológicos. Finalmente, en su revisión, JM Miller y EJ Enemark ejemplifican con helicomas MCM cómo la cristalografía de homólogos archaea puede ser útil para descifrar las relaciones estructura / función de sus versiones eucariotas que son más difíciles de cristalizar.
Esperamos que este número especial proporcione al lector una visión actualizada de algunas de las diversas aplicaciones de las proteínas arcaicas y, quizás, impulsará nuevas investigaciones en este campo en gran parte sin explotar con ricas perspectivas para el futuro de muchas aplicaciones biotecnológicas.
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