Taxonomia molecular. Novos caminhos para antigos desafios
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Dentro da área de microbiologia a classificação taxonômica tem sido um grande desafio para muitos pesquisadores. Um destes desafios é o de utilizar um método amplamente reconhecido, que possa ser aplicado a microrganismos cultiváveis e não cultiváveis, capaz de revelar a diversidade de espécies em diferentes habitats. A taxonomia molecular abriu uma nova visão sobre a classificação dos seres vivos, sejam eles macro ou microrganismos, assim como suas origens e o rau de relacionamento ou distanciamento filogenético. Em poucos slides são apresentados conceitos e alguns dos trabalhos que se destacaram ou levaram ao desenvolvimento de um novo paradigma, uma nova visão sobre a organização molecular dos seres vivos e sua diversidade.
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- 1. TAXONOMIA MOLECULAR NOVOS CAMINHOS PARA ANTIGOS DESAFIOS Mário Lúcio Lopes
- 2. Um Breve Histórico SÉCULO XVIII: descrição dos primeiros microrganismos (morfologia) SÉCULO XIX: obtenção de culturas puras (características fisiológicas e bioquímicas) SÉCULO XX: desenvolvimento de técnicas moleculares (análise do DNA) SÉCULO XXI: caracterização e identificação de microrganismos sem a necessidade de cultivo.
- 3. Quanto Conhecemos Sobre a Diversidade Microbiana ? O QUE É MAIOR? O NÚMERO DE ESPÉCIES DE: • INSETOS • BACTÉRIAS CERCA DE 800.000 ESPÉCIES DESCRITAS 5.000 ESPÉCIES CONHECIDAS
- 4. Como Podemos Explicar Isso ? BASICAMENTE PORQUE: • Poucas características morfológicas • Necessidade de culturas puras mas nem todos os microrganismos são cultiváveis • Perda d informação genética ou transferência lateral de genes “Muitas células visualizadas ao microscópio são viáveis mas não formam colônias visíveis sobre as placas” Ex.:Achromatium oxaliferum (bactéria de até 100 m, com inclusões de CaCO3 - LaRivieri & Schmidt, 1991)
- 5. O Que Representa ? HABITAT CULTIVÁVEIS (%) Água do mar 0,001 a 0,1 Lagos 0,1 a 1,0 Lodo 1 a 15 Sedimentos 0,25 Solo 0,3 % Bactérias cultiváveis em relação à contagem do total de células em alguns habitats AMANN et al., 1995
- 6. Um Caso Interessante: O Solo Torsvik, V.J. et al., 1990 • Amostras de solo • Estudos de reassociação de DNA • 13.000 espécies diferentes em 1 g de solo • Alta complexidade Hedlund, V.P. et al., 1997 e Lee et al., 1996 • Verrucomicrobia • Ultramicrobactéria (0,1 um3) • Usa açúcares como substrato para crescimento • Amostras de solo de pastagem (107 a 108 células/g) apresentavam 1 a 10% de Verrucomicrobia (PCR) • Dificuldade para cultivar
- 7. Como Podemos Estudar Esta Diversidade ? Técnicas Moleculares • PFGE, PCR, RFLP, RAPD, Microsatélites, etc • Clonagem • Hibridização (in situ, dot blot, southern blot, colony blot) • Sequenciamento • Ribotipagem Atualmente, existem várias técnicas moleculares para investigar a diversidade microbiana. O sucesso vai depender da escolha certa.
- 8. Como Podemos usar as Ferramentas Moleculares ? Aplicações: • Caracterização e identificação de bactérias isoladas de fermentações, pontos de contaminação, matéria-prima, mel, água, açúcar, etc. • Dinâmica das populações de bactérias (% população), competição entre espécies, diferenças entre strains. • Estudo dos genes envolvidos na floculação, resistência a antibióticos, inibidores, etc
- 9. O “GenBank” cresce a uma taxa exponencial, com o número de bases (nucleotídeos) dobrando a cada 14 meses. Atualmente, o GenBank contém acima de 13 bilhões de bases a partir de 100.000 espécies.