I virus sono i più numerosi e diversificati soggetti genetici presenti dappertutto sulla Terra, possono infettare organismi di tutti e tre i domini della vita e … persino altri virus Come e dove si può incontrare un virus? - nell’aria che respiriamo (raffreddore, influenza, vaiolo, …) - mediante scambi di liquidi organici (HIV) - mediante animali, ad esempio insetti (febbre gialla) - alimentazione (epatite A) - nel genoma degli eucarioti sono presenti miriadi di sequenze virali temporaneamente integrate, molte sono diventate endogene nel corso di milioni di anni I virus sono parassiti intracellulari obbligati che si possono riprodurre solo dentro una cellula ospite I virus non hanno enzimi per il metabolismo, non hanno ribosomi, non possono sintetizzare nè DNA, nè RNA, nè proteine Infezione acuta: comparsa rapida e breve durata Presenza di anticorpi. Es. Virus dell’epatite B, virus di Epstein-Barr herpes simplex ed herpes zoster Il Fago X174 genoma costituito da un piccolo DNA circolare a singolo filamento (poco più di 5000 nucleotidi), troppo poco per codificare le proteine che può esprimere. La soluzione è origini multiple di trascrizione e di traduzione che permettono di identificare ed esprimere in modo corretto ed al momento opportuno i geni sovrapposti A attivazione sintesi del DNA virale A* inibizione della sintesi del DNA dell’ospite E lisi della cellula ospite Schema di Retrovirus I virus ad RNA sono detti retrovirus in quanto necessitano di essere retrotrascritti in DNA all’interno dell’ospite infezione VIRUS Nuovi VIRUS trasfezione RNA(+) o DNA(+) Nuovi VIRUS Pandora Virus sono virus giganti che assomigliano a batteri parassiti in termini di dimensioni fisiche e complessità genomica. Il loro genoma codifica geni con introni, mentre mancano i geni che codificano per la duplicazione del DNA, per la trascrizione e la traduzione. Micoplasmi sono i più piccoli batteri conosciuti, non hanno né parete cellulare né capsula, la loro membrana è resa più rigida dalla presenza di elevate quantità di steroli (membrana trilaminare). Il loro genoma, costituito da DNA circolare (di poco più di 500.000 bp), contiene circa 500 geni. Resistenza agli antibiotici. Clamidie sono piccoli batteri, parassiti obbligati di cellule eucariotiche in quanto non metabolicamente autonomi. Esistono in due forme, una extracellulare tipo spora, l’altra intracellulare attiva metabolicamente. Il loro genoma è circolare, lungo circa un milione di nucleotidi, codifica per circa 500 geni. Non resistenti agli antibiotici. Viroidi sono costituiti da una singola molecola di RNA circolare a singola elica che non codifica per proteine (il virus dell’epatite D è simile ai viroidi) induce RNA silencing RNA di Viroidi della Patata e della Pesca I Procarioti (Eubatteri ed Archea), i più antichi esseri viventi, presentano la maggiore diversità genetica e metabolica. Possono essere sia aerobi che anaerobi, autotrofi o eterotrofi, fotoautotrofi o fotoeterotrofi o chemiolitotrofi; possono ricavare energia dalla ossidazione anaerobica del metano oppure dalla ossidazione anaerobica dell’ammoniaca, … Con l’identificazione degli Archea come categoria autonoma, l’albero evolutivo della vita è stato costruito con tre rami: Eubatteri, Archea ed Eucarioti Gli ultimi risultati di genomica mettono gli Eucarioti come parte degli Archea, supportando così ulteriormente l’ipotesi sull’origine degli Eucarioti come evoluzione di una convivenza tra Archea ed Eubatteri endosimbionti Questo risultati indicano che l’albero della vita dovrebbe avere soltanto due rami principali corrispondenti ai due domini: Archea ed Eubatteri Octopus Spring (Yellowstone) Protein Adaptations in Archaeal Extremophiles – Archaea, 2013;2013:373275. Epub 2013 Sep 16 - Reed CJ, Lewis H, Trejo E, Winston V, Evilia C. Gli Archea prosperano in diversi ambienti estremi per calore, freddo, acidità, basicità, salinità, alta pressione e alti livelli di radiazioni a cui si sono adattati nel corso del tempo e di cui seguono inevitabilmente il destino. Sulla base della loro particolare specializzazione adattativa sono attualmente suddivisi in quattro branche: alofili, psicrofili, termofili e acidofili. I metanogeni non sono più considerati una branca a sé stante in quanto sono diffusi in tutte e quattro le branche sopra elencate. Gran Lago Salato (Utah) Gli Archea sono perfettamente adattati ad ambienti estremi che oggi sono sempre meno frequenti Genoma dell’Archea Methanococcus Adattamento stabile da modificazione del DNA Gli Archea hanno introni nel loro DNA circolare organizzato in cromatina, nelle loro membrane sono presenti anche eteri ed isoprenoidi e la loro parete cellulare è priva di peptidoglicani Le loro proteine sono perfettamente specializzate a funzionare in condizioni ambientali estreme, mantenendosi stabili ed attive Eubatteri: hanno invece sviluppato meccanismi che consentono di adattarsi a tutti gli ambienti, adattabili ma non adattati Protein Adaptations in Archaeal Extremophiles – Archaea, 2013;2013:373275. Epub 2013 Sep 16 - Reed CJ, Lewis H, Trejo E, Winston V, Evilia C. La membrana dei: •Batteri formata da fosfolipidi formati da esteri del glicerolo con acidi grassi •Archea formata da fosfolipidi firmati da eteri del glicerolo con catene isoprenoidi La membrana degli eucarioti è composta da fosfolipidi di tipo eubatterico. Archea hanno proteine omologhe ad H3 e H4 che si assemblano in nucleosomi tetramerici, molto più addensati di quelli degli eucarioti Poiché i genomi degli archea sono piccoli come quelli dei batteri e non sono contenuti in un nucleo, ne emerge che il ruolo ancestrale della cromatina non era forse tanto quello di compattare il genoma in una struttura di ordine superiore, quanto piuttosto quello di regolare l'espressione genica. La N-glicosilazione degli: Archea usa una sequenza di zuccheri ramificata, diversa da quella degli eucarioti, ma che viene costruita sul lipide dolicolo Eubatteri usa una sequenza di zuccheri non ramificata che viene costruita su un particolare lipide, undecaprenol-pirofosfato The early evolution of lipid membranes and the three domains of life - Lombard et al. - Nature Reviews Microbiology, 10, 507-515, 2012 - doi: 10.1038/nrmicro2815 Chromatin is an ancient innovation conserved between Archaea and Eukarya - Ammar et al. - eLife 2012;1:e00078. DOI: 10.7554/eLife.00078, pag.1-11 Extreme sweetness: protein glycosylation in archaea - Nat Rev Microbiol. 2013 Mar;11(3):151-6. doi: 10.1038/nrmicro2957 Eichler J. Come gli eubatteri, gli archea si riproducono asessualmente e possono scambiare DNA attraverso il trasferimento genico orizzontale Recentemente è stato però dimostrato che gli Archea alofili possono formare cellule per fusione interspecie che consentono la ricombinazione omologa tra specie distinte Cellule dell’archaea Haloferax volcanii possono fondersi per formare un eterodiploide, offrendo così la possibilità di ricombinazione omologa fra i loro due cromosomi prima che le cellule si separino nuovamente per tornare ad essere aploidi. Gli Archea hanno molti elementi in comune con gli Eucarioti, oltre a quanto già conosciuto, si aggiunge è nota la presenza di introni e di cromatina, la presenza di un ciclo cellulare, la replicazione del DNA cromosomico utilizzando origini multiple di replicazione ed un meccanismo per la segregazione del genoma. Archaea: Breaking down the species barrier - Jermy A. - Nature Reviews Microbiology, 10, 522-523, 2012 - doi: 10.1038/nrmicro2841 The cell cycle of archaea Nat Rev Microbiol. 2013 Aug 16;11(9):627-38. doi: 10.1038/nrmicro3077 - Lindås AC, Bernander R. Figura a lato: segregazione del genoma in eubatteri (a) ed archea (b). The cell cycle of archaea Nat Rev Microbiol. 2013 Aug 16;11(9):627-38. doi: 10.1038/nrmicro3077 - Lindås AC, Bernander R. EUBATTERI Sono aploidi Si dividono con grande rapidità originando cloni identici Possono essere suddivisi in oltre 10 diversi phyla Hanno un alto tasso di mutazioni Hanno una elevata velocità di crescita RIPRODUZIONE ASESSUATA BASTONCELLO FILAMENTI SPIRILLI Si conoscono tipi caratteristici di aggregazione batterica: diplococchi, batteri sferici associati a due a due, streptococchi, se sono disposti a formare una catena, stafilococchi, se formano un grappolo. SFERICA VIBRIONI Nel battere, il cromosoma circolare è organizzatoin domini superavvolti: • alcuni accessibili per la trascrizione, altri • momentaneamente inaccessibili Circa il 98% del genoma circolare dei batteri è codificante Il genoma dei batteri è organizzato in operon Un operon è una unità trascrizionale indipendente, formata da (2-15) geni regolati da un solo promotore I geni di un operon sono diversi, ma concorrono allo sviluppo di una medesima funzione La regolazione trascrizionale degli operon è affidata a poche proteine L’aumento di variabilità è affidato: -Negli Eubatteri a scambi “orizzontali” di DNA che aumentano le probabilità che convergano in una stessa cellula più mutazioni favorevoli e di disporre di nuove sequenze di DNA - negli Eucarioti a scambi “verticali” di DNA che viene rimescolato nel corso della meiosi e della riproduzione sessuale con i gameti Fattore di fertilità F Alcuni batteri saranno F+, altri F- Batteriofago (virus specifico per i batteri) Tra noi e loro c’è un abissale differenza nella velocità di evoluzione: Circa 350 generazioni ci separano da un uomo vissuto all’epoca delle Piramidi Per un battere 350 generazioni si hanno in una sola settimana Gut microbiota: Intestinal bacteria influence brain activity in healthy humans - Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology – News & Views - Volume 10 Issue 6 - Published online: 07 May 2013 - p326 - doi:10.1038/nrgastro.2013.76 Stephen M. Collins and Premsyl Bercik Ci sono prove emergenti che indicano che il microbioma intestinale può influenzare la chimica e lo sviluppo del cervello ed il comportamento degli animali. The last resort – Nature, 499, 394-395, 25 July 2013 – Maryn McKenna L‘ultima risorsa: gli operatori della sanità stanno guardando con orrore come i batteri diventano resistenti ai potenti nuovissimi antibiotici carbapenemici . Vaginal microbe yields novel antibiotic Drug is one of thousands that may be produced by the human microbiome. Erika Check Hayden, 11 September 2014 Sett 2014 I batteri che vivono dentro e su di noi possono sintetizzare un vasto numero di molecole con azione farmacologica, tra cui nuovi antibiotici Sorprende che ci siano migliaia di geni che consentono la sintesi di piccole molecole Lo studio del microbioma potrebbe portare all’identificazione di nuovi tipi di molecole il cui studio potrebbe aiutare i ricercatori a capire come il microbioma influenza la nostra suscettibilità alle malattie. Il battere Deinococcus radiodurans resiste all'esposizione a 6000 Gy * di radiazioni ionizzanti, a 15000 Gy mantiene ancora un 40% di vitalità La sua estrema radioresistenza deriva dalla sua fenomenale abilità di riparazione del DNA Oltre che ai raggi g (gamma), Deinococcus radiodurans è tollerante anche ad altre condizioni che danneggiano il DNA come alte dosi di radiazioni UV, cicli di disidratazione/reidratazione e la mitomicina C **. Il suo genoma è di 3,28 Mb, composto da due cromosomi circolari (2.64 Mb e 0.41 Mb) e due plasmidi. Cellule geneticamente modificate di Deinococcus radiodurans presentano una elevatissima capacità di bioremediation, biorisanamento di rifiuti ad alto livello di tossicità. ___________________________________ * Gy = Gray, unità di radiazione assorbita. La dose letale per l’uomo è 4-6 Gy ** La mitomicina è un antibiotico ad ampio spettro che agisce su batteri Gram + e Gram -, sulle rickettsie e persino su alcuni virus. In clinica è impiegata come agente alchilante che inibisce la divisione delle cellule tumorali, legandone il DNA e provocandone la frammentazione. The PprA protein is required for accurate cell division of γ-irradiated Deinococcus radiodurans bacteria - DNA Repair (Amst). 2013 Apr 1;12(4):265-72. doi: 10.1016/j.dnarep.2013.01.004 - Devigne et al. Recombinant D. radiodurans cells for bioremediation of heavy metals from acidic/neutral aqueous wastes - Bioeng Bugs. 2012 Jan 1;3(1):44-8. doi: 10.4161/bbug.3.1.18878 - Misra CS, Appukuttan D, Kantamreddi VS, Rao AS, Apte SK. Ancora più resistente ma meno studiato è l’Archaea Thermococcus gammatolerans, isolato in un camino di sfiato idrotermale nelle profondità oceaniche del Golfo di California, che è il più resistente in assoluto in quanto sopravvive all’esposizione a 30000 Gy di irradiazione con raggi g (gamma). Il suo genoma è costituito da un solo cromosoma circolare di appena 2 Mb. Thermococcus gammatolerans sp. nov., a hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent that resists ionizing radiation - Int J Syst Evol Microbiol. 2003 May;53(Pt 3):847-51 - Jolivet et al. Complete genome sequence of Thermococcus sp. strain 4557, a hyperthermophilic archaeon isolated from a deep-sea hydrothermal vent area - J Bacteriol. 2011 Oct;193(19):5544-5. doi: 10.1128/JB.05851-11 - Wang X, Gao Z, Xu X, Ruan L. Solo raramente c’è trasferimento di geni tra batteri patogeno per l’uomo e batteri del suolo Mag 2014 I geni della resistenza non sono fiancheggiati da elementi per mobilizzazione Nel nostro organismo, le cellule batteriche sono più numerose delle cellule del nostro corpo con un rapporto di circa dieci a uno. Sorprendentemente, si scopre che dobbiamo gran parte della nostra biologia e della nostra individualità ai microbi che vivono sul e nel nostro corpo Il Consorzio Progetto Microbioma Umano ha pubblicato un ampio catalogo di geni ed organismi che costituiscono il nostro microbioma. Learning about who we are - David A. Relman Nature 486, 194–195 (14 June 2012) doi:10.1038/486194a Nel nostro organismo, le cellule batteriche sono più numerose delle cellule del nostro corpo con un rapporto di circa dieci a uno. Sorprendentemente, si scopre che dobbiamo gran parte della nostra biologia e della nostra individualità ai microbi che vivono sul e nel nostro corpo - una informazione che promette di modificare radicalmente i principi e la pratica della medicina, della salute pubblica e delle scienze di base. Nella rivista Nature, il Consorzio Progetto Microbioma Umano pubblica un ampio catalogo di geni ed organismi che costituiscono il nostro microbioma. Nello studio del microbioma umano si dovrebbero indagare anche i virus e piccoli organismi non-batterici come funghi e cercare risposte alle domande sulle funzioni del microbioma. Ignoriamo quasi completamente molti dei servizi che i nostri ecosistemi microbici ci forniscono e dai quali dipende la nostra salute. I ricercatori del Progetto Microbioma Umano stanno studiando gli abitanti microbici del corpo umano, utilizzando campioni prelevati da 242 adulti sani in 15 siti corporei (per i maschi) e 18 siti corporei (per le femmine) - pelle (quattro siti), bocca e gola (nove siti), vagina (tre siti), narici e feci (per rappresentare il tratto gastrointestinale distale). Sono state stimate il numero di specie microbiche e dei loro geni. Nella figura sono quindi mostrate le stime grossolane del numero di specie microbiche (rosso) e del numero di geni microbici (blu) nei siti contenenti la più elevata diversità di specie, quali tratto gastrointestinale e denti (placca sopragengivale); siti con diversità intermedia, quali interno della guancia (mucosa buccale) e narici (narici anteriori), e siti con diversità inferiore, quale il fornice vaginale posteriore. Gli autori hanno anche trovato una sostanziale variazione nella diversità e nella composizione delle comunità microbiche in siti differenti all'interno della stessa regione generale del corpo. Learning about who we are - David A. Relman - Nature 486, 194–195 (14 June 2012) doi:10.1038/486194a Ignoriamo quasi completamente molti dei servizi che i nostri ecosistemi microbici ci forniscono e dai quali dipende la nostra salute. Prove crescenti suggeriscono che il microbioma intestinale ha un notevole impatto sulla fisiologia dell’ospite, ma non è ancora chiaro come la capacità funzionale del microbioma si mantenga dopo l'esposizione a stress ambientali. Recentemente è stato trovato che la popolazione residente di fagi fornisce al microbioma una riserva di geni vantaggiosi preservando la robustezza funzionale della microflora nel corso dell’esposizione a stress ambientale. Learning about who we are - David A. Relman - Nature 486, 194–195 (14 June 2012) doi:10.1038/486194a With a little help from my phage friends - Nature Reviews Microbiology, published online 24 June 2013; doi:10.1038/nrmicro3070 Ci sono prove emergenti che indicano che il microbiota intestinale può influenzare la chimica e lo sviluppo del cervello ed il comportamento degli animali. Alcuni autori mostrano che l'ingestione di probiotici selezionati può modificare la connettività cerebrale e le risposte alle sfide emotive in soggetti sani, aprendo la strada per lo sfruttamento terapeutico dell'asse microbioma-cervello sia per le funzionalità gastrointestinali che per disturbi primari del comportamento. Gut microbiota: Intestinal bacteria influence brain activity in healthy humans - Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology – News & Views - Volume 10 Issue 6 - Published online: 07 May 2013 - p326 - doi:10.1038/nrgastro.2013.76 Stephen M. Collins and Premsyl Bercik Bacteria found in healthy placentas Katia Moskvitch, NEWS in Nature del 21 maggio 2014 - doi : 10.1038/nature.2014.15274 Mag 2014 Una flora microbica analoga a quella della bocca può svolgere un ruolo nella prevenzione delle nascite premature. Il sacco amniotico in cui il feto cresce è un ambiente sterile, ma la placenta -un organo che il feto ha in comune -con la madre – ospita una -comunità batterica. Nel 2012, Kjersti Aagaard, un ostetrico presso il Baylor College of Medicine di Houston, in Texas, ed i suoi collaboratori hanno scoperto che i microbi più abbondanti nella vagina di una donna incinta erano diversi da quelli di una donna non incinta, e che non erano generalmente rappresentativi di quelli che erano più comuni nelle feci del bambino nella sua prima settimana di vita. Per studiare dove venissero questi microbi, il team ha deciso di esaminare la placenta. In un nuovo studio su campioni di placenta da 320 donne appena dopo il parto, è stato trovato hanno estratto il DNA dal tessuto e lo hanno sequenziato. Hanno trovato che la comunità batterica "era diversa tra le donne che avevano avuto un parto pretermine o che avevano avuto un'infezione molto prima, come ad esempio un’infezione delle vie urinarie - anche se che quella infezione era stata curata e guarita molti mesi o settimane prima". I ricercatori hanno anche confrontato i microbiomi placentari con quelli che si trovano nella vagina, nell’intestino, nella bocca e sulla pelle delle donne non gravide. Essi hanno scoperto che il microbioma placentare era più simile a quello della bocca. Gli autori ipotizzano che i microbi viaggiano dalla bocca alla placenta attraverso il sangue. I risultati rafforzano i dati che suggeriscono un legame tra la malattia parodontale nella madre ed il rischio di parto pretermine, dice Aagaard. Il team sta ora studiando come le comunità microbiche delle donne cambiano durante la gravidanza. L'obiettivo è identificare le donne a rischio di parto pretermine, e sviluppare modi per prevenire o trattare le sue complicanze nei neonati - eventualmente tramite cambiamenti nella dieta per aumentare i microbi sani nella placenta, nella vagina o nella bocca e nell’intestino. 14 Gen 2014 Una dieta alimentare a lungo termine influenza la struttura e l'attività delle migliaia di miliardi di microrganismi che risiedono nell'intestino umano, ma non è ancora chiaro quanto rapidamente e in modo riproducibile il microbioma intestinale umano risponde al cambiamento macronutrienti breve termine. Qui mostriamo che il consumo a breve termine di diete composte interamente da prodotti animali o vegetali altera la struttura della comunità microbica. La dieta a base animale ha aumentato l'abbondanza di microrganismi bile-tolleranti (Alistipes, Bilophila e Bacteroides) ed ha fatto diminuire i livelli dei Firmicutes che metabolizzano polisaccaridi vegetali alimentari (Roseburia, Eubacterium rectale e Ruminococcus bromii). I microbi presenti riflettono le differenze tra mammiferi erbivori e carnivori. In concerto, questi risultati dimostrano che il microbioma intestinale può rispondere rapidamente alle modificazioni della dieta, favorendo potenzialmente la diversità degli stili di vita alimentari umani. Tutte le membrane cellulari sono composte da fosfolipidi, e questo suggerisce la presenza di fosfolipidi nell'ultimo antenato comune. La biosintesi dei fosfolipidi è molto diversa tra eubatteri ed archea, la membrana fosfolipidica degli eucarioti è composta da fosfolipidi di tipo eubatterico. Tutte le cellule sono delimitate da membrane lipidiche che mediano le loro interazioni e scambi con l’ambiente circostante. Nonostante il ruolo fondamentale delle membrane nel permettere ai sistemi genetici e metabolici di interagire e di evolvere insieme, la maggior parte degli studi sull’origine della vita si sono concentrati sulla nascita del sistema genetico e del metabolismo., e di conseguenza, l'origine e l'evoluzione delle membrane ha ricevuto molta meno attenzione. In natura sono presenti due tipi di fosfolipidi diversi anche se strutturalmente simili. Figura – Pathway di biosintesi di fosfolipidi negli Archaea e negli Eubatteri/Eucarioti. Eubatteri ed Eucarioti hanno una membrana formata da fosfolipidi costituiti da esteri del glicerolo con acidi grassi, gli Archea hanno invece una membrana formata da fosfolipidi costituiti da eteri del glicerolo con catene isoprenoidi. Questa differenza rispecchia l'uso di differenti vie di biosintesi dei fosfolipidi negli archea e negli eubatteri, che non sono per niente omologhe tra loro. The early evolution of lipid membranes and the three domains of life - Lombard et al. - Nature Reviews Microbiology, 10, 507-515, 2012 - doi: 10.1038/nrmicro2815 GLI ARCHEA CONDIVIDONO MOLTE CARATTERISTICHE CON GLI EUCARIOTI Nucleosomi e cromatina sono stati storicamente considerati come caratteristiche esclusive degli Eucarioti, ma studi recenti sugli Archea hanno identificato proteine omologhe ad H3 e H4 che si assemblano in nucleosomi tetramerici La trascrizione negli Archea possiede elementi caratteristici della struttura della cromatina eucariotica: regioni prive di nucleosomi ai siti di inizio della trascrizione e nucleosomi conservati a -1 e +1 del promotore Quindi gli istoni (H3 ed H4) e l'architettura della cromatina si sono evoluti prima della divergenza di Archea e Eucarioti, suggerendo che il ruolo fondamentale della cromatina nella regolazione dell'espressione genica sia molto antico. Chromatin is an ancient innovation conserved between Archaea and Eukarya - Ammar et al. - eLife 2012;1:e00078. DOI: 10.7554/eLife.00078, pag.1-11 La densità dei nucleosomi nel genoma archea è maggiore di quella osservata nei genomi eucariotici. Varie caratteristiche, come la distribuzione periodica sinusoidale, l’arricchimento di nucleotidi G/C nei punti medi dei nucleosomi, rapporto tra grado di occupazione con nucleosomi ed espressione genica, sono simili a quelle degli eucarioti. Poiché i genomi degli archea sono piccoli come quelli dei batteri e non sono contenuti in un nucleo, ne emerge che il ruolo ancestrale della cromatina non era forse tanto quello di compattare il genoma in una struttura di ordine superiore, quanto piuttosto quello di regolare l'espressione genica. La funzione di «imballaggio» del DNA potrebbe essere emersa con l'evoluzione degli eucarioti. Chromatin is an ancient innovation conserved between Archaea and Eukarya - eLife. 2012;1:e00078. doi: 10.7554/eLife.00078 - Ammar et al. Anche se la N-glicosilazione era stata riportata negli archeobatteri quasi 40 anni fa, solo da poco è stata realizzata un'indagine dettagliata di questo processo Nonostante la mancanza dell’Apparato di Golgi, gli Archea possono N-glicosilare le loro proteine, utilizzando una diversa sequenza di zuccheri ramificata che viene costruita sul lipide dolicolo La N-glicosilazione è presente anche negli Eubatteri, ma utilizzando una sequenza di zuccheri non ramificata che viene costruita su un particolare lipide, undecaprenol-pirofosfato La presenza negli Archea di proteine glicosilate svolge un ruolo importante aiutandoli a sopravvivere in alcuni degli ambienti più ostili del Pianeta. Extreme sweetness: protein glycosylation in archaea - Nat Rev Microbiol. 2013 Mar;11(3):151-6. doi: 10.1038/nrmicro2957 Eichler J. Predizione del metabolismo generale e dei trasportatori di membrana in Termococcus gammatolerans: (a) glicolisi; (b) degradazione del piruvato ad acetil-CoA; (c) ciclo dei pentosi fosfati e fissazione della CO2; (d) pseudo ciclo di Krebs; (e) pathway di degradazione di amminoacidi: (f) detossificazione da ossidanti e ROS Sulla membrana sono presenti carrier e permeasi, per gli anioni (blu) e i cationi (rosa), per amminoacidi/dipeptidi (verde), metalli pesanti o droghe (nero), carboidrati (giallo), a funzione sconosciuta (grigio). In rosso sono indicate proteine che si trovano solo in questo organismo. Genome analysis and genome-wide proteomics of Thermococcus gammatolerans, the most radioresistant organism known amongst the Archaea - Genome Biol. 2009;10(6):R70. doi: 10.1186/gb-2009-10-6-r70 - Zivanovic Y, Armengaud J, Lagorce A, Leplat C, Guérin P, Dutertre M, Anthouard V, Forterre P, Wincker P, Confalonieri F. Come gli eubatteri, gli archea si riproducono asessualmente e possono scambiare DNA attraverso il trasferimento genico orizzontale Linee distinte o «specie» sono mantenute per la presenza di barriere al trasferimento genico, come l'isolamento geografico, l'incompatibilità genetica o restrizioni fisiche al trasferimento di DNA Recentemente è stato però dimostrato che gli Archaea alofili possono formare cellule per fusione interspecie che consentono la ricombinazione omologa tra specie distinte Cellule dell’archaea Haloferax volcanii possono fondersi per formare un eterodiploide, offrendo così la possibilità di ricombinazione omologa fra i loro due cromosomi prima che le cellule si separino nuovamente per tornare ad essere aploidi. Studi recenti hanno dimostrato che la ricombinazione omologa tra i cromosomi appare come un evento abbastanza frequente e la maggior parte dei siti di ricombinazione sembra essere non casuale, ad esempio due dei siti di ricombinazione coincidono con geni per tRNA che sono altamente conservati tra le due specie. Archaea: Breaking down the species barrier - Jermy A. - Nature Reviews Microbiology, 10, 522-523, 2012 - doi: 10.1038/nrmicro2841 The cell cycle of archaea - Nat Rev Microbiol. 2013 Aug 16;11(9):627-38. doi: 10.1038/nrmicro3077 - Lindås AC, Bernander R. Gli Archea hanno molti elementi in comune con gli Eucarioti, oltre a quanto già conosciuto, si aggiunge è nota la presenza di introni e di cromatina, la presenza di un ciclo cellulare, la replicazione del DNA cromosomico utilizzando origini multiple di replicazione ed un meccanismo per la segregazione del genoma. Gli Archaea sono organismi generalmente anaerobi che si trovano in una vasta gamma di ambienti estremi. I costituenti della membrana cellulare sono unici e distintivi degli Archaea, mentre altre caratteristiche sono condivise sia con eubatteri che con eucarioti. Nonostante la mancanza di un nucleo, la maggior parte delle proteine archea coinvolte in replicazione, trascrizione e traduzione hanno omologia con le controparti eucariote, mentre le corrispondenti proteine batteriche sono significativamente differenti. Figura: ciclo cellulare di un Archaea ipertermofilo. La fase G1 occupa circa il 5% del ciclo cellulare, la fase S occura circa il 35%, la fase G2 occupa oltre il 55%, la divisione circa il 5%. Tutto avviene in rapida successione, indicando una perfetta correlazione tra le varie fasi ed il superamento del checkpoint. In altri Archaea è diversa la durata temporale e percentuale delle varie fasi ed in qualche caso si è osservata poliploidia.
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