HLAVNÍ ROZDÍLY MEZI ARCHAEA A BAKTERIEMI - BIOLOGIE - 2025

Mezi hlavní rozdíly mezi archea a bakterie jsou založeny na molekulárně strukturních a metabolických aspektech, které budeme vyvíjet dále. Archaea doména taxonomicky seskupuje jednobuněčné mikroorganismy, které mají prokaryotické buněčné morfologie (bez jaderné membrány nebo cytoplazmatických organelních membrán), charakteristiky, které se podobají bakteriím.

Existují však také zvláštnosti, které je oddělují, protože archaea je vybavena velmi konkrétními adaptačními mechanismy, které jim umožňují žít v prostředích s extrémními podmínkami.

Obrázek 1. Bakterie Escherichia coli. Zdroj: NIAID, prostřednictvím Wikimedia Commons

Bakteriální doména obsahuje nejhojnější formy bakterií zvané eubakterie nebo skutečné bakterie. Jsou to také jednobuněčné, mikroskopické prokaryotické organismy, které žijí v jakémkoli prostředí se středními podmínkami.

Vývoj taxonomie těchto skupin

Ve 4. století před naším letopočtem byly živé věci klasifikovány do dvou skupin: zvířata a rostliny. Van Leeuwenhoek, v sedmnáctém století, pomocí mikroskopu, který sám vybudoval, dokázal pozorovat mikroorganismy, které byly dosud neviditelné, a popsal protozoa a bakterie pod názvem „animáculos“.

V 18. století byla do systematických klasifikací Carlosa Linnea začleněna „mikroskopická zvířata“. V polovině devatenáctého století nové království seskupuje bakterie: Haeckel postuloval systematický systém založený na třech královstvích; království Plantae, království Animalia a království Protista, které seskupovalo mikroorganismy s jádrem (řasy, prvoky a houby) a organismy bez jádra (bakterie).

Od tohoto data navrhlo několik biologů různé klasifikační systémy (Chatton v roce 1937, Copeland v roce 1956, Whittaker v roce 1969) a kritéria pro klasifikaci mikroorganismů, původně na základě morfologických rozdílů a rozdílů v barvení (Gramovo barvení), staly se na základě metabolických a biochemických rozdílů.

V roce 1990 Carl Woese při použití technik molekulárního sekvenování v nukleových kyselinách (ribozomální ribonukleová kyselina, rRNA) zjistil, že mezi mikroorganismy seskupenými jako bakterie byly velmi velké fylogenetické rozdíly.

Tento objev ukázal, že prokaryoty nejsou monofyletickou skupinou (se společným předkem) a Woese pak navrhl tři evoluční domény, které jmenoval: Archaea, Bacteria a Eukarya (jaderné buněčné organismy).

Diferenciální charakteristiky Archaea a bakterií

Organismy Archaea a Bacteria mají společné vlastnosti v tom, že oba jsou jednobuněčné, volné nebo agregované. Nemají definované jádro ani organely, mají velikost buněk v průměru 1 až 30 μm.

Představují významné rozdíly, pokud jde o molekulární složení některých struktur a biochemii jejich metabolismu.

Místo výskytu

Bakterie žijí v širokém spektru stanovišť: mají kolonizované brakické a sladké vody, horké a chladné prostředí, bažinaté země, mořské sedimenty a skalní trhliny a mohou také žít v atmosférickém vzduchu .

Mohou žít s jinými organismy v trávicím traktu hmyzu, měkkýšů a savců, ústních dutin, dýchacích cest a urogenitálního traktu savců a krve obratlovců.

Obrázek 2. Horké prameny, extrémní stanoviště, kde obývají organismy skupiny Archaea, které jim obvykle dávají jasné barvy. Zdroj: CNX OpenStax prostřednictvím wikipedie

Mikroorganismy patřící do bakterií mohou být také paraziti, symbionty nebo komenzály ryb, kořeny a stonky rostlin, savců; mohou být spojeny s lišejníkovými houbami a prvoky. Mohou to být také kontaminanty potravin (mimo jiné maso, vejce, mléko, mořské plody).

Druhy skupiny Archaea mají adaptační mechanismy, které umožňují jejich život v prostředích s extrémními podmínkami; mohou žít při teplotách pod 0 ° C a nad 100 ° C (teplota, kterou bakterie nemohou podporovat), v extrémně zásaditých nebo kyselých pH a slaných koncentracích mnohem vyšší než v mořské vodě.

Methanogenní organismy (které produkují metan, CH ₄) také patří do domény Archaea.

Plazmatická membrána

Obálka prokaryotických buněk je obecně tvořena cytoplazmatickou membránou, buněčnou stěnou a kapslí.

Plazmatická membrána organismů skupiny Bacteria neobsahuje cholesterol nebo jiné steroidy, ale spíše lineární mastné kyseliny spojené s glycerolem vazbami esterového typu.

Membrána členů Archaea může být tvořena dvojvrstvou nebo lipidovou monovrstvou, která nikdy neobsahuje cholesterol. Membránové fosfolipidy jsou tvořeny rozvětvenými uhlovodíky s dlouhým řetězcem spojenými s glycerolem vazbami etherového typu.

Buněčná zeď

U organismů skupiny Bacteria je buněčná stěna tvořena peptidoglykany nebo mureinem. Organismy Archaea mají buněčné stěny, které obsahují pseudopeptidoglykan, glykoproteiny nebo proteiny, jako přizpůsobení extrémním podmínkám prostředí.

Kromě toho mohou představovat vnější vrstvu proteinů a glykoproteinů pokrývajících zeď.

Kyselina ribosomální ribonukleová (rRNA)

RRNA je nukleová kyselina, která se podílí na syntéze proteinů - produkci proteinů, které buňka potřebuje ke splnění svých funkcí a pro svůj vývoj - a řídí mezikroky tohoto procesu.

Nukleotidové sekvence v ribozomálních ribonukleových kyselinách se liší v organismech Archaea a Bacteria. Tuto skutečnost objevil Carl Woese ve svých studiích z roku 1990, což vedlo k rozdělení těchto organismů do dvou různých skupin.

Výroba endospor

Někteří členové skupiny Bacteria mohou produkovat struktury přežití zvané endospory. Pokud jsou podmínky prostředí velmi nepříznivé, mohou si endospory zachovat svoji životaschopnost po celá léta s prakticky nulovým metabolismem.

Tyto spory jsou extrémně odolné vůči teplu, kyselinám, záření a různým chemickým látkám. Ve skupině Archaea nebyly hlášeny žádné druhy, které tvoří endospory .

Hnutí

Některé bakterie mají bičíky, které zajišťují mobilitu; spirochety mají axiální vlákno, pomocí kterého se mohou pohybovat v kapalných, viskózních médiích, jako je bahno a humus.

Některé fialové a zelené bakterie, cyanobakterie a Archaea mají plynné váčky, které jim umožňují pohybovat se vznášením. Známé druhy Archaea nemají přívěsky, jako jsou bičíky nebo vlákna.

Obrázek 3. Río Tinto, extrémní prostředí v Huelvě ve Španělsku, kde se vyvíjejí arqueas rodu Metallosphaera a Sulpholobus. Zdroj: Riotinto2006, z Wikimedia Commons

Fotosyntéza

V doméně bakterií existují druhy cyanobakterií, které mohou provádět kyslíkovou fotosyntézu (která produkuje kyslík), protože mají jako doplňkové pigmenty chlorofyl a fycobiliny, sloučeniny, které zachycují sluneční světlo.

Tato skupina také obsahuje organismy, které provádějí anoxygenní fotosyntézu (která neprodukuje kyslík) prostřednictvím bakteriochlorofylů, které absorbují sluneční světlo, jako jsou: červená nebo fialová síra a červené bakterie bez síry, zelená síra a zelené bakterie bez síry.

V oblasti Archaea nebyly hlášeny fotosyntetické druhy, ale rod Halobacterium, extrémních halofytů, je schopen produkovat adenosintrifosfát (ATP) s použitím slunečního světla bez chlorofylu. Mají sítnicový purpurový pigment, který se váže na membránové proteiny a tvoří komplex zvaný bakteriorhodopsin.

Bakteriorhodopsinový komplex absorbuje energii ze slunečního světla a po uvolnění může pumpovat H ⁺ ionty na vnější stranu buňky a podporovat fosforylaci ADP (adenosin difosfát) na ATP (adenosin trifosfát), ze kterého mikroorganismus získává energii.

Reference

1. Barraclough TG a Nee, S. (2001). Fylogenetika a speciace. Trendy v ekologii a evoluci. 16: 391-399.
2. Doolittle, WF (1999). Fylogenetická klasifikace a univerzální strom. Věda. 284: 2124-2128.
3. Keshri, V., Panda, A., Levasseur, A., Rolain, J., Pontarotti, P. a Raoult, D. (2018). Fylogenomická analýza β-laktamázy v Archaea a bakteriích umožňuje identifikaci domnělých nových členů. Biologie a evoluce genomu. 10 (4): 1106-1114. Biologie a evoluce genomu. 10 (4): 1106-1114. doi: 10,1093 / gbe / evy028
4. Whittaker, RH (1969). Nové koncepty království organismů. Věda. 163: 150-161.
5. Woese, CR, Kandler, O. a Wheelis, ML (1990). Směrem k přirozenému systému organismů: návrh domén Archaea, Bacteria a Eukarya. Sborník přírodních věd Akademie. POUŽITÍ. 87: 45-76.