Presentaci

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA MICROBIANAS

• Qué interesa
• Orígen de la diversidad microbiana
• Cómo puede determinarse la historia evolutiva
  
• de los microorganismos actuales.
• Propiedades de la Tierra primitiva en la que
• surgió la vida.

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANAS Evolución de la Tierra y primeras
formas de vida
Orígen de la Tierra Edad aproximada de 4.600
millones de años. A sido determinada por métodos
radioactivos. Las rocas más antiguas datan de
3.800 millones de años y son del tipo
sedimentarias, volcánicas y carbonatos.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANAS Evolución de la Tierra y primeras
formas de vida

• Pruebas de la existencia de vida microbiana en la
  Tierra primitiva.
• - microfósiles de las rocas más antiguas
• parecen bacterias sencillas, con forma de
  bacilo.
• -Los estromatolitos son tapetes microbianos
• fósiles constituidos por capas de procariotas,
• principalmente filamentosos, que contienen
• sedimiento atrapado. Los antiguos formados por
• bacterias fototróficas filamentosas (bacterias
• rojas y verdes). Los modernos por
  cianobacterias
• filamentosas (O2)
• Los procariotas originaron una diversidad
• morfológica impresionante mucho antes del
• advenimiento de la célula eucariota moderna.

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Evolución de la Tierra y primeras
formas de vida
Condiciones de la Tierra primitiva La atmófera de
la tierra primitiva no tenía grandes cantidades
de O2. Además de agua, había varios gases, siendo
los más abundantes CH4 , CO2 , N2 y NH3. También
había trazas de CO e H2, así como gran cantidad
de sulfuro, en una mezcla de H2S y FeS. También
es probable que en la Tierra se formase una gran
cantidad de HCN. Es probable que durante los
primeros 500 millones de años, la temperatura de
la superficie de la Tierra superase los
100C. Las primeras formas de vida debían ser muy
resistentes a las altas temperaturas,
pareciéndose a los procariotas hipertermófilos
que viven hoy en ambientes termales.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Evolución de la Tierra y primeras
formas de vida
El orígen de la vida. Los primeros compuestos
bioquímicos se formaron por síntesis abiótica y a
partir de ellos se originó la vida. Hoy día está
bien establecido que es posible sintetizar
moléculas de importancia biológica sometiendo a
intensas descargas de energía una mezcla de
gases. Fuentes de energía disponibles en la
Tierra primitiva tenemos UV, descargas
eléctricas, radioactividad y actividad
volcánica. Llegó a acumularse una rica mezcla de
compuestos orgánicos que persistieron por años y
habrían preparado la Tierra para la evolución
biológica.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Evolución de la Tierra y primeras
formas de vida
El orígen de la vida. Una de las principales
dificultades que presentan la mayoría de las
hipótesis sobre la síntesis prebiótica consiste
en explicar cómo pueden haberse producido las
macromoléculas espontáneamente a partir de sus
monómeros constituyentes en un medio
acuático. Los ácidos nucléicos y proteínas se
polimerizan mediante reacciones de Deshidratación
por lo tanto, resulta difícil concebir que ,
sin la presencia de enzimas, las macromoléculas
se hubieran formado en un ambiente acuático
(hipótesis de superficies anhidras como arcilla,
pirita o cristales basálticos)
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Organismos primitivos y estrategias
metabólicas

• Los organismos muy primitivos tienen que haber
  poseído
• Metabolismo, es decir, la capacidad de acumular,
  convertir y transformar nutrientes y energía.
• Mecanismo hereditario, la capacidad de replicarse
  y transferir sus propiedades a la siguiente
  generación.

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Organismos primitivos y estrategias
metabólicas
Los primeros organismos tuvieron que emplear una
estrategia simple para obtener energía. El
metabolismo primitivo era anaeróbico y
probablemente quimiolitotrófico, explotando los
abundantes recursos de FeS y H2S existentes. La
respiración y las fermentaciones anaeróbicas
aparecieron más tarde, junto con la fotosíntesis
anoxigénica, a la que siguió la oxigénica. Esta
última condujo al desarrollo de un ambiente óxico
y a grandes explosiones de evolución biológica.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Organismos primitivos y estrategias
metabólicas
La oxigenación de la atmósfera debida al
metabolismo de las cianobacterias fue un proceso
gradual a lo largo de un período de alrededor de
1.000 millones de años
cianobacterias
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Organismos primitivos y código
molecular
Los organismos primitivos pueden haber usado ARN
tanto en su capacidad genética como enzimática,
pero debido a que el ARN catalítico no es muy
eficiente, la aparición de la catálisis por
proteínas pudo llevar a una notable mejora de la
eficiencia celular. El ADN pudo haber surgido
porque proporciona una forma más estable de
información genética que el ARN y puede ser
copiado con más precisión.
ADN ARN proteína
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Eucariotas y organelos
El núcleo eucariótico y el aparato mitótico
surgieron probablemente en respuesta a la
necesidad de asegurar la repartición ordenada del
ADN en organismos con un genoma de gran
tamaño. Las mitocondrias y los cloroplastos, es
probable que se originaran a partir de
procariontes que se hicieron simbiontes de
células eucariotas (endosimbiosis)
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Secuencia del ARN ribosómico y
evolución.
Las comparaciones de las secuencias de ARN
ribosómico son útiles para determinar las
relaciones entre organismos. Actualmente se
dispone de árboles filogenéticos basados en el
ARN ribosómico 16S de todos los principales
grupos procarióticos y eucarióticos. Filogenia
historia evolutiva de los organismos
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Secuencia del ARN ribosómico y
evolución.
La principal conclusión de los estudios
filogenéticos basados en las comparaciones de
secuencia de ARN ribosómico es que la vida en la
Tierra evolucionó a lo largo de tres líneas
principales, que llamamos dominios, procedentes
de un antepasado común. Dos de estas líneas,
Bacteria y Archaea, se mantuvieron procarióticas,
mientras que la tercera, Eucarya, evolucionó a la
moderna célula eucariota.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Filogenia microbiana a partir de la
secuenciación del ARN ribosómico.
Filogenia antigua basada en relaciones
fenotípicas. Cinco reinos. Filogenia moderna
basada en secuenciación molecular. Solo tres
lineas evolutivas o dominios. 2 líneas
procarióticas Bacteria y Archaea.
Eubacteria y Archibacterias son nominaciones de
estos dominios 1 línea eucariótica Eucarya
vegetales, hongos y
protistas son reinos comprendidos en este dominio
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Filogenia microbiana a partir de la
secuenciación del rARN

• El arbol universal de la vida
• El dominio Eucarya es tan antiguo como cada una
  de las líneas procarióticas. Antes de los
  aconteciminetos endosimbiontes en la Tierra hubo
  especies de Eucarya sin organelos (mitocondria,
  cloroplasto). Por ejemplo microsporidios y
  diplomonadales (Giardia)
• A partir del antepasado universal la evolución
  inicial tomó dos direcciones, la del dominio
  Bacteria y la opuesta de Archaea y Eukarya.

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Filogenia microbiana a partir de la
secuenciación del rARN

1. El dominio Archaea es el que se ramifica más
   cerca de la raíz. En la actualidad es el grupo de
   organismos más primitivos (menos evolucionados).
   Ambientes extremos de altas temperaturas, bajos
   pH, alta salinidad, etc.
2. El dominio Eucarya, es ahora el más alejado del
   antepasado universal, es el menos primitivo, es
   decir, el más evolucionado.
3. Hay que destacar que ninguno de los organismos
   que viven actualmente es primitivo. Todas las
   formas de vida que existen son organismos
   modernos, bien adaptados y que han tenido exito
   en sus nichos ecológicos.

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Filogenia microbiana a partir de la
secuenciación del rARN
Las raices evolutivas de mitocondrias y
cloroplastos se encuentran en el dominio
Bacteria. La secuencia molecular indica que las
mitocondrias surgieron de un pequeño grupo de
organismos que incluye los modernos procariotas
Agrobacterium, Rhizobium y las rickettsias
(Proteobacterias).
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Características de los dominios
primarios
PARED CELULAR Peptidoglican es una molécula
presente en la pared celular de los miembros del
dominio Bacteria y no en los otros dominios. Las
únicas excepciones conocidas son los miembros del
grupo Planctomyces-Pirella cuya pared celular
está formada por proteínas, y los grupos
Chlamydia-Mycoplasma, que carecen de pared
celular.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Características de los dominios
primarios
LIPIDOS La naturaleza química de los lípidos de
las membranas celulares es quizás el criterio no
genético más útil para diferencial los dominios
Archaea y bacteria. Bacteria y Eucarya sintetizan
los lípidos de la membrana con union éster entre
ácidos grasos y glicerol y de forma D. En Archaea
los lípidos son moléculas con enlaces éter y
forma L.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Características de los dominios
primarios
ARN POLIMERASA, diferentes tipos MECANISMOS DE
TRANSCRIPCION Y SINTESIS DE PROTEINAS, ribosomas
70S en Archaea y Bacteria, 80S en eucariotas.
Efecto de inhibidores de la síntesis de
proteínas OTRAS, por ejemplo, el número de
nucleótidos modificados que hay en el rARN 18S
eucariótico (el equivalente funcional del rARN
16S procariótico)
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Taxonomía ciencia de la clasificación y está
constituída por dos subdisciplinas principales,
la identificación y la nomenclatura. Taxonomía
Bacteriana, hace referencia a cosas distintas a
la filogenia bacteriana, se ha basado
tradicionalmente en análisis fenotípicos para la
clasificación e identificación
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Clasificación y el concepto de especie Los
microbiólogos necesitan identificar y clasificar
las bacterias por diferentes razones
prácticas. En microbiología, la unidad taxonómica
básica es la especie. Especie de manera
operativa, es una colección de cepas similares
que difieren lo suficiente de otros grupos de
cepas para asegurar su reconocimiento como unidad
taxonómica básica. Cepas o clones una población
de células genéticamente idénticas derivadas de
una sola célula.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Clasificación y el concepto de especie Los grupos
de especies se reúnen en géneros. Los géneros se
agrupan en Familias, las familias en órdenes, los
órdenes en divisiones, etc., hasta alcanzar el
nivel taxonómico más alto, que es el
dominio. Familia es el taxon superior que se
emplea de manera rutinaria en estudios
taxonómicos de procariotas. Para identificar un
organismo desconocido, es esencial que dicho
organismo satisfaga todos los criterios
taxonómicos de los rangos que están por encima de
la designación de especie.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Clasificación y el concepto de especie Dominio....
.........Bacteria División.............Gracilicute
s Orden.................Rhodospirillales Familia..
.............Chromatiaceae Género...............Ch
romatium Especie...............warmingii
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual

• Ejercicio Con las propiedades siguientes proceda
  a jerarquizar taxonómicamente la bacteria roja
  del azufre Chromatium warmingii.
• Células de 3.5-4.0 um x 5-11 um almacena azufre
  principalmente en los polos de la célula
• Bacterias Gram negativas
• Células procarióticas secuencia rARN típicas del
  linaje de las bacterias rojas.
• Bacterias rojas fototróficas
• Bacterias rojas del azufre con forma bacilar
• Bacterias rojas del azufre

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Clasificación y el concepto de especie Dominio...B
acteria.... Células procarióticas secuencia
rARN típicas del linaje de las bacterias
rojas. División..Gracilicutes.. Bacterias Gram
negativas Orden...Rhodospirillales... Bacterias
rojas fototróficas Familia..Chromatiaceae...
Bacterias rojas del azufre Género..Chromatium...
Bacterias rojas del azufre con forma
bacilar Especie....warmingii.... Células de
3.5-4.0 um x 5-11 um almacena azufre
principalmente en los polos de la célula
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
The International Code of Nomenclatuire of
Bacteria Sistema binomial de nomenclatura
(Linneo) Género especie Bacillus cereus Bacillus
acidocaldarius B. cereus Bacillus sp. Bacillus
spp.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
American Type Culture Collection (ATCC). Deutsche
Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen
(DSM). Colecciones de cultivos axénicos o puros
que han sido reconocidos como géneros o especies.
La cepa depositada sirve como cepa tipo de la
nueva especie, o género y especie, y se conserva
como patrón de comparación de otras cepas que se
suponga pertenecen a la misma especie o género.
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
International Journal of Systematic Bacteriology
(IJSB) Revista oficial de registro para la
taxonomía y clasificación de los microrganismos,
es decir, publica los nombres aprobados y abre el
camino para su inclusión en el Bergeys Manual,
uno de los principales tratados de taxonomía de
procariotas. Los cultivos de referencia se
mantienen congelados o liofilizados (las cepas se
conservan vivas).
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual

• Taxonomía bacteriana convencional
• Características de valor taxonómicos
• Morfología
• Tinción de Gram
• Tipo de Nutrición (fototrofía, quimioorganotrofía
  y quimiolitotrofía)
• Estructura química de la pared celular
• Presencia de inclusiones celulares y productos de
  reserva.
• Estructura química de la capsula
• Los pigmentos

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual

• Taxonomía bacteriana convencional Características
  de valor taxonómicos
• Los requerimientos nutritivos
• La capacidad para usar compuestos de C, N y S
• Los productos de fermentación
• Los requerimientos y tolerancias a gases,
  temperatura y de pH.
• La sensibilidad a los antibióticos
• La patogenicidad
• Las relaciones simbióticas
• Las características inmunológicas
• El habitat

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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Agrobacterium radiobacter ST 84 se usa para
control del patógeno Agrobacterium
tumefaciens Streptomyces griseovirens se usa para
control de hongos Botrytis spp., Fusarium
spp. Bacillus subtilis se usa para control de
hongos del suelo Burkholderia cepacia
(Pseudomonas spp.) se usa para control de hongos
de Dumping off y nemátodos. Pseudomonas
fluorescens st NCIB-122089 se usa para control de
Mancha bacteriana de los champiñones
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EVOLUCION, SISTEMATICA Y TAXONOMIA
MICROBIANA Taxonomía, nomenclatura y el Bergeys
Manual
Erwinia carotovora pv. Carotovora pudrición
blanda de hortalizas Pseudomonas syringae pv.
tomato agente de enfermedad conocida como Peca
bacteriana Clavibacter michiganensis pv.
michiganensis agente de la enfermedad Cancro
bacteriano