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8.8D: Actinobactérias (bactérias Gram-positivas de alto G + C) - Biologia

8.8D: Actinobactérias (bactérias Gram-positivas de alto G + C) - Biologia


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As actinobactérias são um grupo de bactérias Gram-positivas com alto teor de guanina e citosina em seu DNA.

objetivos de aprendizado

  • Descreva as características associadas às Actinobactérias

Pontos chave

  • Actinobacteria é um dos filos dominantes da bactéria.
  • Actinobactérias incluem algumas das formas mais comuns de vida no solo, vida de água doce e vida marinha, desempenhando um papel importante na decomposição de materiais orgânicos, como celulose e quitina, e, portanto, desempenhando um papel vital na renovação da matéria orgânica e no ciclo do carbono.
  • As actinobactérias são bem conhecidas como produtoras de metabólitos secundários e, portanto, de alto interesse farmacológico e comercial.
  • Alguns tipos de Actinobactérias são responsáveis ​​pelo odor peculiar que emana do solo após a chuva (Petrichor), principalmente em climas mais quentes.

Termos chave

  • actinobactérias: Um grupo de bactérias Gram-positivas com alto teor de guanina e citosina em seu DNA
  • Petrichor: O aroma característico que acompanha a primeira chuva após um longo período de seca e calor.
  • actinomicina: Qualquer um de uma classe de antibióticos polipeptídicos tóxicos encontrados em bactérias do solo do gênero Streptomyces.

As actinobactérias são um grupo de bactérias Gram-positivas com alto teor de guanina e citosina em seu DNA. Eles podem ser terrestres ou aquáticos. Actinobacteria é um dos filos dominantes da bactéria. A análise da sequência da glutamina sintetase foi sugerida para a análise filogenética de Actinobacteria.

Actinobactérias incluem algumas das formas mais comuns de vida no solo, vida de água doce e vida marinha, desempenhando um papel importante na decomposição de materiais orgânicos, como celulose e quitina, e, portanto, desempenhando um papel vital na renovação da matéria orgânica e no ciclo do carbono. Isso repõe o suprimento de nutrientes do solo e é uma parte importante da formação do húmus. Outras Actinobactérias habitam plantas e animais, incluindo alguns patógenos, como Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus e algumas espécies de Streptomyces.

As actinobactérias são bem conhecidas como produtoras de metabólitos secundários e, portanto, de alto interesse farmacológico e comercial. Em 1940, Selman Waksman descobriu que a bactéria do solo que estudava produzia actinomicina, descoberta pela qual recebeu o Prêmio Nobel. Desde então, centenas de antibióticos de ocorrência natural foram descobertos nesses microrganismos terrestres, especialmente do gênero Streptomyces.

Algumas Actinobactérias formam filamentos ramificados, que se assemelham um pouco aos micélios de fungos não relacionados, entre os quais foram originalmente classificados sob o nome antigo de Actinomicetos. A maioria dos membros é aeróbica, mas alguns, como o Actinomyces israelii, podem crescer em condições anaeróbias. Ao contrário dos Firmicutes, o outro grupo principal de bactérias Gram-positivas, eles têm DNA com alto conteúdo de GC e algumas espécies de Actinomicetos produzem esporos externos. Alguns tipos de Actinobactérias são responsáveis ​​pelo odor peculiar que emana do solo após a chuva (Petrichor), principalmente em climas mais quentes. O produto químico que produz esse odor é conhecido como Geosmin. A maioria das Actinobactérias de importância médica ou econômica estão na subclasse Actinobacteridae, ordem Actinomycetales. Embora muitos deles causem doenças em humanos, o Streptomyces é notável como uma fonte de antibióticos. Das Actinobactérias que não estão em Actinomycetales, Gardnerella é uma das mais pesquisadas. A classificação de Gardnerella é controversa e o MeSH a cataloga como um organismo Gram-positivo e Gram-negativo.


Base genômica para diversidade biossintética de produtos naturais em actinomicetos

O filo Actinobacteria hospeda diversas bactérias Gram-positivas com G + C alto que desenvolveram uma linguagem química complexa de química de produtos naturais para ajudar a navegar em seus estilos de vida fascinantemente variados. Até o momento, 71 genomas de Actinobacteria foram concluídos e anotados, com a grande maioria representando os Actinomycetales, que são a fonte de vários antibióticos e outras drogas de gêneros como Streptomyces, Saccharopolyspora e Salinispora. Essas análises genômicas iluminaram a proficiência metabólica secundária desses micróbios - subestimada por anos com base em programas de isolamento convencionais - e ajudaram a estabelecer as bases para um novo paradigma de descoberta de produto natural baseado na mineração do genoma. Tendências nos metabolomas secundários de actinomicetos ricos em produtos naturais são destacadas neste artigo de revisão, que contém 199 referências.

Bonecos

Relação filogenética de Actinobacteria com base ...

Relação filogenética de Actinobactérias com base na sequência 16S rRNA e o número relativo ...

Representação circular do actinomiceto ...

Representação circular dos cromossomos dos actinomicetos S. coelicolor A3 (2), S. erythraea NRRL2338 e ...

Representação esquemática do S.…

Representação esquemática do S. avermitilis Cromossomo MA-4680. Os detalhes do desenho são os mesmos ...

Representação esquemática do S.…

Representação esquemática do S. griseus Genoma IFO 13350. Os detalhes do desenho são ...

A análise comparativa de nucleotídeos ...

A análise comparativa das sequências de nucleotídeos de S. griseus IFO 13350 (topo), S.…

Regiões genômicas conservadas entre S.…

Regiões genômicas conservadas entre S. griseus IFO 13350, S. avermitilis MA-4680 e S.…

Exemplos de metabólico secundário “ilha” ...

Exemplos de aglomerados de genes metabólicos secundários em "ilha" em Streptomyces envolvendo (A) a biossíntese de oligomicina ...

Representação esquemática do S.…

Representação esquemática do S. arenicola Genoma CNS-205. Os detalhes do desenho são os mesmos ...

Organização do gene e biossíntese proposta ...

Organização do gene e biossíntese proposta de um composto semelhante ao fosfonoformato em Frankia alni ACN14a.…


Actinobactérias: Bactérias Gram-positivas G + C altas

O nome Actinobacteria vem das palavras gregas para raios e pequena haste, mas as Actinobactérias são muito diversas. Sua aparência microscópica pode variar de finas hastes filamentosas ramificadas a cocobacilos. Algumas Actinobactérias são muito grandes e complexas, enquanto outras estão entre os menores organismos com vida independente. A maioria das Actinobactérias vive no solo, mas algumas são aquáticas. A grande maioria é aeróbica. Uma característica distintiva deste grupo é a presença de vários peptidoglicanos diferentes na parede celular.

O gênero Actinomyces é um representante muito estudado das Actinobactérias. Actinomyces spp. desempenham um papel importante na ecologia do solo, e algumas espécies são patógenos humanos. Um número de Actinomyces spp. habitam a boca humana e são patógenos oportunistas, causando doenças infecciosas como periodontite (inflamação das gengivas) e abcessos orais. As espécies A. israelii é um anaeróbio conhecido por causar endocardite (inflamação do revestimento interno do coração) (Figura 1).

Figura 1. (a) Actinomyces israelii (micrografia eletrônica de varredura de cor falsa [SEM]) tem uma estrutura ramificada. (b) Corynebacterium diphtheria causa a difteria, doença mortal. Observe as paliçadas distintas. (c) A bactéria gram variável Gardnerella vaginalis causa vaginose bacteriana em mulheres. Esta micrografia mostra um esfregaço de Papanicolaou de uma mulher com vaginose. (crédito a: modificação do trabalho por & # 8220GrahamColm & # 8221 / Wikimedia Commons crédito b: modificação do trabalho pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças crédito c: modificação do trabalho por Mwakigonja AR, Torres LM, Mwakyoma HA, Kaaya EE)

O gênero Mycobacterium é representado por bacilos cobertos por uma camada de ácido micólico. Este revestimento ceroso protege as bactérias de alguns antibióticos, evita que sequem e bloqueia a penetração dos reagentes de coloração de Gram (consulte Coloração de amostras microscópicas). Por causa disso, um procedimento especial de coloração ácido-resistente é usado para visualizar essas bactérias. O gênero Mycobacterium é uma causa importante de um grupo diversificado de doenças infecciosas. M. tuberculosis é o agente causador de tuberculose, uma doença que afeta principalmente os pulmões, mas também pode infectar outras partes do corpo. Estima-se que um terço da população mundial foi infectada com M. tuberculosis e milhões de novas infecções ocorrem a cada ano. Tratamento de M. tuberculosis é um desafio e requer que os pacientes tomem uma combinação de medicamentos por um período prolongado. Para complicar ainda mais o tratamento, é o desenvolvimento e a disseminação de cepas multirresistentes desse patógeno.

Outra espécie patogênica, M. leprae, é a causa de Hanseníase (lepra), uma doença crônica que afeta os nervos periféricos e a integridade da pele e da superfície mucosa do trato respiratório. A perda da sensação de dor e a presença de lesões cutâneas aumentam a suscetibilidade a lesões secundárias e infecções por outros patógenos.

Bactérias do gênero Corynebacterium contêm ácido diaminopimélico em suas paredes celulares e, microscopicamente, freqüentemente formam paliçadas, ou pares de células em forma de bastão semelhantes à letra V. As células podem conter metacromáticas grânulos, armazenamento intracelular de fosfatos inorgânicos que são úteis para a identificação de Corynebacterium. A grande maioria de Corynebacterium spp. são não patogênicos, no entanto, C. diphtheria é o agente causador de difteria, uma doença que pode ser fatal, especialmente em crianças (Figura 1b). C. diphtheria produz uma toxina que forma uma pseudomembrana na garganta do paciente, causando inchaço, dificuldade para respirar e outros sintomas que podem se tornar graves se não forem tratados.

O gênero Bifidobacterium consiste em anaeróbios filamentosos, muitos dos quais são comumente encontrados no trato gastrointestinal, vagina e boca. Na verdade, Bifidobacterium spp. constituem uma parte substancial da microbiota intestinal humana e são freqüentemente usados ​​como probióticos e na produção de iogurte.

O gênero Gardnerella, contém apenas uma espécie, G. vaginalis. Esta espécie é definida como & # 8220gram-variable & # 8221 porque seus pequenos cocobacilos não mostram resultados consistentes quando corados de Gram (Figura 1c). Com base em seu genoma, é colocado no grupo gram-positivo G + C alto. G. vaginalis pode causar vaginose bacteriana em mulheres. Os sintomas são geralmente leves ou até indetectáveis, mas podem levar a complicações durante a gravidez.

A Tabela 1 resume as características de alguns gêneros importantes de Actinobacteria. Informações adicionais sobre Actinobacteria aparecem em Taxonomy of Clinically Relevant Microorganisms.

Tabela 1. Actinobactérias: Gram-positivos G + C elevados
Gênero de exemplo Morfologia Microscópica Características únicas
Actinomyces Bacilo Gram-positivo em colônias, mostra fios semelhantes a fungos (hifas) Anaeróbios facultativos no solo, decompõem matéria orgânica na boca humana, podem causar doenças nas gengivas
Arthrobacter Bacilo Gram-positivo (em estágio exponencial de crescimento) ou cocos (em fase estacionária) Obrigar aeróbios divididos por & # 8220snapping, & # 8221 formando pares de células-filhas em V de degradar fenol, podem ser usados ​​em biorremediação
Bifidobacterium Actinobactéria filamentosa, Gram-positiva Anaeróbios comumente encontrados na microbiota intestinal humana
Corynebacterium Bacilo Gram-positivo Aeróbios ou anaeróbios facultativos de paliçadas crescem lentamente requerem meios enriquecidos em cultura C. diphtheriae causa difteria
Frankia Bacilo Gram-positivo, semelhante a fungo (filamentoso) Bactérias fixadoras de nitrogênio vivem em simbiose com leguminosas
Gardnerella Cocobacilos Gram-variáveis Colonizar a vagina humana, pode alterar a ecologia microbiana, levando à vaginose
Micrococcus Cocos Gram-positivos, formam aglomerados microscópicos Onipresente no meio ambiente e na pele humana oxidase-positiva (em oposição a morfologicamente semelhante S. aureus) alguns são patógenos oportunistas
Mycobacterium Bacilo ácido-resistente Gram-positivo De crescimento lento, aeróbio, resistente à secagem e fagocitose coberto por uma camada de cera feita de ácido micólico M. tuberculosis causa tuberculose M. leprae causa lepra
Nocardia O bacilo Gram-positivo fraco forma ramificações ácido-resistentes Pode colonizar a gengiva humana pode causar pneumonia grave e inflamação da pele
Propionibacterium Bacilo Gram-positivo Anaeróbio aerotolerante de crescimento lento P. acnes reproduz-se nas glândulas sebáceas humanas e pode causar ou contribuir para a acne
Rhodococcus Bacilo Gram-positivo Aeróbio estrito usado na indústria para biodegradação de poluentes R. fascians é um patógeno de planta, e R. equi causa pneumonia em potros
Streptomyces Bacilo Gram-positivo, semelhante a fungo (filamentoso) Gênero muito diverso (& gt500 espécies) aeróbicos, necrófagos de bactérias formadoras de esporos, decompositores encontrados no solo (dão ao solo seu odor & # 8220earthy & # 8221) usados ​​na indústria farmacêutica como produtores de antibióticos (mais de dois terços dos antibióticos clinicamente úteis)

Pense nisso


Distribuição e Ecologia

Como membros do filo Actinobacteria, os Actinomicetos estão amplamente distribuídos em diferentes partes do mundo. Como eles podem viver em diferentes ambientes e exibir alta versatilidade em sua nutrição, isso permite que eles se espalhem e prosperem em diferentes regiões do globo e competam com outros organismos em seus arredores.

Embora doenças / infecções como a actinomicose (causada por actimyce) também ocorram em todo o mundo, estudos mostraram que a prevalência é influenciada por fatores como nível socioeconômico e higiene, etc.

Embora os Actinomicetos possam ser encontrados em uma variedade de habitats, eles existem no solo em números significativos, tornando-os alguns dos microrganismos mais comuns em diferentes tipos de solo (cerca de 1 milhão de células por grama de solo). Aqui, no entanto, uma variedade de fatores (por exemplo, pH) influenciam as espécies que habitam diferentes tipos de solo.

Alguns dos outros fatores que podem influenciar o tipo de espécie no solo incluem temperatura e oxigênio. No solo, os actinomicetos são particularmente úteis dado que eles quebram uma variedade de compostos / polímeros resistentes que variam de lignoceluloses a pectina e a parede celular de fungos, entre outros.

Ao fazer isso, eles desempenham um papel importante na reciclagem da matéria orgânica do solo, ao mesmo tempo que controlam o crescimento de outros organismos microbianos que tendem a ser patogênicos para as plantas.

* Os actinomicetos também estão envolvidos na fixação de nitrogênio no solo.

* O cheiro de terra do solo recém-revolvido deve-se às atividades dos actinomicetos no solo.

Além do solo, algumas espécies podem ser encontradas em ambientes aquáticos. Embora possam ser encontrados em ambientes marinhos e de água doce, eles constituem uma população menor em habitats marinhos em comparação com sua prevalência em ambientes terrestres e de água doce.

Como é o caso em habitats terrestres / solo, os Actinomicetos também estão envolvidos na decomposição de vários materiais em habitats marinhos. Aqui, eles mostraram ajudar na decomposição de celulose, alginatos e vários hidrocarbonetos.

* Os actinomicetos termofílicos podem ser encontrados no composto / esterco, particularmente durante os estágios iniciais de decomposição. Através do seu envolvimento na decomposição, o nível de calor é aumentado no estrume / composto, o que proporciona um ambiente de vida favorável.

* Com base em estudos que investigaram as características dos Actinomicetos encontrados em água doce (lagos, rios, etc.), foi demonstrado que a maioria desses organismos vêm da terra.

Aqui, os esporos que se originam do solo são hidratados, o que os ativa para liberar esporos móveis. Não há evidências conclusivas que comprovem que as espécies encontradas em habitats marinhos se originaram da terra, uma vez que são encontradas em número crescente em profundidades menores e estão bem adaptadas a esse ambiente.

Algumas das espécies são capazes de sobreviver em vários ambientes extremos e podem, portanto, ser classificadas com base nesses habitats.

· Espécies alcalofílicas - Identificado no solo do lago de soda (por exemplo, Bogoriella caseilytica)

· Espécies halofílicas - Sobreviver em áreas com altas concentrações de sal (por exemplo, Saccharomonospora halophila)

· Espécies psicrofílicas - Geralmente encontrado em temperaturas muito baixas (por exemplo, Modestobacter multiseptatus)


Bactérias, distribuição e estrutura da comunidade

A.C. Yannarell, A.D. Kent, em Encyclopedia of Inland Waters, 2009

Actinobactérias

o Actinobactérias , anteriormente conhecidas como bactérias gram-positivas de alto G + C, são outro grupo de bactérias comumente encontradas em lagos com uma ampla gama de substâncias químicas da água. Actinobactérias pode compreender uma grande fração (até 60%) do bacterioplâncton em alguns sistemas de água doce, e sua abundância freqüentemente atinge o pico no final do outono e inverno. Actinobactérias parecem ser mais tolerantes a condições com baixas concentrações de carbono orgânico, e podem ser substituídos por Betaproteobactérias quando a proliferação de algas leva ao aumento dos níveis de carbono. Água fresca Actinobactérias caem em quatro grupos filogenéticos distintos: acI, acII, acIII e acIV. Actinobactérias nos clados acI e acII são exclusivos de águas doces. Dois subaglomerados acII, acII-B (anteriormente Luna-1) e acII-D (anteriormente Luna-2), são compostos de isolados ultramicrobacterianos (volume celular & lt0,1 μm 3). O cluster acIII (anteriormente Actinobactérias o cluster 2) foi detectado apenas na quimioclina de um único lago europeu e de um lago de soda hipersalino na Califórnia. AcIII Actinobactérias estão mais intimamente relacionados aos organismos do solo. Actinobactérias do cluster acIV podem ser encontrados em uma variedade de tipos de habitat: lagos e rios, bem como estuários e águas marinhas e sedimentos.


Taxonomia, Fisiologia e Produtos Naturais de Actinobactérias

As actinobactérias são bactérias Gram-positivas com alto conteúdo de DNA G + C que constituem um dos maiores filos bacterianos e estão ubiquamente distribuídas em ecossistemas aquáticos e terrestres. Muitas Actinobactérias têm um estilo de vida micelial e sofrem diferenciações morfológicas complexas. Eles também têm um extenso metabolismo secundário e produzem cerca de dois terços de todos os antibióticos de origem natural em uso clínico atual, bem como muitos compostos anticâncer, anti-helmínticos e antifúngicos. Consequentemente, essas bactérias são de grande importância para a biotecnologia, medicina e agricultura. Actinobactérias desempenham papéis diversos em suas associações com vários organismos superiores, uma vez que seus membros adotaram diferentes estilos de vida, e o filo inclui patógenos (notavelmente, espécies de Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Propionibacterium e Tropheryma), habitantes do solo (por exemplo, Micromonospora e Streptomyces espécies), comensais de plantas (por exemplo, Frankia spp.) e comensais gastrointestinais (Bifidobacterium spp.). As actinobactérias também desempenham um papel importante como simbiontes e patógenos em comunidades microbianas associadas a plantas. Esta revisão apresenta uma atualização sobre a biologia deste importante filo bacteriano.

Copyright © 2015, American Society for Microbiology. Todos os direitos reservados.


Informação do artigo

Base genômica para diversidade biossintética de produtos naturais em actinomicetos

M. Nett, H. Ikeda e B. S. Moore, Nat. Prod. Rep., 2009, 26, 1362 DOI: 10.1039 / B817069J

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Uma nova família de proteínas firmicute relacionada aos fatores de promoção da ressuscitação actinobacteriana por deslocamento de domínio não ortólogo

Fundo: Em Micrococcus luteus, o crescimento e a ressuscitação da dormência induzida pela fome são controlados pela produção de um fator de crescimento secretado. Este fator autócrino de promoção da ressuscitação (Rpf) é o membro fundador de uma família de proteínas encontradas e confinadas às actinobactérias (bactérias Gram-positivas de alto G + C). O objetivo deste trabalho foi pesquisar e caracterizar uma família de genes cognatos nos firmicutes (bactérias Gram-positivas de baixo G + C) e obter informações sobre como eles podem controlar o crescimento bacteriano e a ressuscitação.

Resultados: A análise in silico dos domínios acessórios das proteínas Rpf permitiu sua classificação em várias subfamílias. A subfamília RpfB está relacionada a um grupo de proteínas firmicutes de função desconhecida, representadas por YabE de Bacillus subtilis. As proteínas RpfB actinobacteriana e YabE firmicute têm estruturas de domínio e contextos genômicos muito semelhantes, exceto que em YabE, o domínio Rpf actinobacteriano é substituído por outro domínio, que chamamos de Sps. Embora totalmente não relacionados na sequência e na estrutura secundária, os domínios Rpf e Sps cumprem a mesma função. Propomos que essas proteínas sofreram "deslocamento de domínio não ortólogo", um fenômeno semelhante ao "deslocamento de gene não ortólogo" que foi descrito anteriormente. As proteínas contendo o domínio Sps são amplamente distribuídas pelos firmicutes e também se enquadram em várias subfamílias distintas. A análise comparativa dos domínios acessórios nas proteínas Rpf e Sps, juntamente com sua semelhança fraca com as transglicosilases líticas, fornecem evidências claras de que são enzimas muralíticas.

Conclusões: Os resultados indicam que as proteínas Firicute Sps e as proteínas Rpf actinobacterianas são cognatas e controlam a cultivabilidade bacteriana via modificação enzimática do envelope celular bacteriano.


Tropheryma whipplei Twist: uma Actinobactéria patogênica humana com um genoma reduzido

O patógeno humano Tropheryma whipplei é a única espécie conhecida de genoma reduzido (& lt1 Mb) dentro das Actinobactérias [bactérias Gram-positivas de alto G + C]. Apresentamos a sequência do genoma circular de 927303 pb da cepa Twist de T. whipplei, codificando 808 genes codificadores de proteínas previstos. As características específicas do genoma incluem deficiências no metabolismo de aminoácidos, a falta de homólogos claros de tiorredoxina e tiorredoxina redutase e uma mutação na DNA girase que prediz uma resistência aos antibióticos quinolonas. Além disso, o alinhamento das duas sequências disponíveis do genoma de T. whipplei (Twist vs. TW08 / 27) revelou uma grande inversão cromossômica cujas extremidades estão localizadas dentro de dois genes parálogos. Esses genes pertencem a uma grande família de proteínas da superfície celular definida pela presença de uma repetição comum altamente conservada no nível dos nucleotídeos. As repetições parecem desencadear rearranjos genômicos frequentes em T. whipplei, resultando potencialmente na expressão de diferentes subconjuntos de proteínas da superfície celular. Isso pode representar um novo mecanismo para escapar das defesas do host. A sequência do genoma de T. whipplei também foi comparada a outros genomas bacterianos reduzidos para examinar a generalidade das características detectadas anteriormente. A análise da sequência do genoma deste patógeno humano até então desconhecido está agora orientando o desenvolvimento de ferramentas de diagnóstico molecular e condições de cultura mais convenientes.

Bonecos

( UMA ) Representação circular ...

( UMA ) Representação circular do T. whipplei Twist genoma ( superior…

( UMA ) Representação circular ...

( UMA ) Representação circular do T. whipplei Twist genoma ( superior…

Análise comparativa do número ...

Análise comparativa do número de genes presentes em cada categoria funcional como ...

Metabolismos de aminoácidos previstos de ...

Metabolismos de aminoácidos previstos de T. whipplei baseado no M. tuberculosis metabolismos ...

Sistemas de tiorredoxina e glutaredoxina. Proteínas ...

Sistemas de tiorredoxina e glutaredoxina. Prevê-se que proteínas em retângulos rosa estejam presentes ...

Exemplos típicos de filogenias anômalas ...

Exemplos típicos de filogenias anômalas exibidas por T. whipplei genes. Árvores foram construídas ...


Domínios extras em transportadores secundários e proteínas de canal

Ravi D. Barabote,. Milton H. Saier Jr., em Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 2006

3.7 Domínios TrkA-C em proteínas da família aspartato: trocador de alanina (AAE) (TC # 2.A.81)

Nenhuma publicação descreveu anteriormente as características da família AAE e seus membros constituintes. Consequentemente, nesta seção, não apenas descrevemos os domínios TrkA-C duplicados situados exclusivamente, mas também fornecemos uma breve descrição desta família.

Uma única proteína funcionalmente caracterizada, o aspartato: trocador de alanina (AspT) da bactéria ácido láctica Gram-positiva, Tetragenococcus halophilaD10 (Pediococcus halophilus) serve para caracterizar a família AAE [51]. Este organismo capta l -aspartato via AspT, descarboxila-o em l-alanina e CO2 no citoplasma usando l-aspartato β-descarboxilase (AspD), e exporta a l-alanina em uma reação de troca 1: 1 com l-aspartato. AspT é uma proteína hidrofóbica de 543 aas e 10–12 TMSs putativos. Esta proteína tem muitos homólogos bacterianos de função desconhecida e um homólogo muito distante no archaeon, Halobacterium sp. cepa NRC-1. Esta última proteína (384 aas 10-12 TMSs putativos AAC82885) é o único membro da família AAE de um archaeon no banco de dados NCBI, e não há nenhum de eucariotos (veja abaixo).

Como mais uma carga negativa é introduzida (aspartato) do que exportada (alanina), o processo de transporte de troca pode resultar em movimento de carga líquida, criando um potencial de membrana negativo dentro. Além disso, a descarboxilação do aspartato consome um próton escalar e, portanto, gera um gradiente de pH (interno básico). O pmf resultante pode conduzir a síntese de ATP através da ATPase do tipo F (TC # 3.A.2). Outros trocadores que geram um pmf são o trocador de oxalato / formato prototípico do MFS (TC # 2.A.1), bem como trocadores de glutamato / γ-amino butirato, malato / lactato, citrato / lactato e histidina / histamina (para referências ver Ref. [51]).

Cada uma das duas metades hidrofóbicas das proteínas da família AAE contém seis picos de hidropatia que podem corresponder a 5 ou 6 TMSs. As duas metades exibem graus quase sem precedentes de similaridade de sequência, sugerindo que surgiram por um evento de duplicação intragênica há relativamente pouco tempo. Se os seis picos hidrofóbicos correspondem a 5 TMSs, pode haver um único loop reentrante entre os TMSs 4 e 5 [26,27]. Embora esta característica se assemelhe àquela de um suposto membro bem estudado da superfamília IT, o transportador de citrato CitS de Klebsiella pneumoniae na família CCS (TC # 2.A.24) [22,26,52], não foi possível estabelecer uma relação estatisticamente significativa entre esses dois grupos de proteínas. Curiosamente, em todos, exceto em um dos homólogos bacterianos, mas não no arqueal ou no Fusobacterium nucleatum homólogo, os dois elementos de repetição hidrofóbicos são separados por dois domínios TrkA-C hidrofílicos em tandem [23,24] que devem ter surgido por uma duplicação independente ou evento de inserção.

Tabela AAE-S1 em nosso site (http://biology.ucsd.edu/

msaier / supmat / AAE) apresenta os membros da família AAE em ordem alfabética de acordo com o nome da espécie. Todos os membros desta família, exceto um, derivam de bactérias, mas vários reinos bacterianos estão representados. A maioria é derivada de proteobactérias das subclasses α, β, γ e δ. Outros são encontrados em bactérias Gram-positivas de G + C alto e baixo (Firmicutes e Actinobacteria, respectivamente), bem como Bacteroides espécies, Chloroflexus aurantracus, Fusobacterium nucleatum e Rodopirellula baltica. Várias espécies têm vários parálogos. Dentro do Bacteroides grupo, Porphyromonas gingivalis tem dois, Bacteroides fragilus tem 3, e B. thetaiotaomicron tem 4, o máximo de todas as espécies examinadas.

Entre as proteobactérias, os organismos listados na Tabela AAE-S1 podem codificar em seus genomas de um a três parálogos. As proteobactérias α e β representadas podem ter 1–3 parálogos, enquanto as proteobactérias γ e δ têm apenas 1 ou 2. Os dois Firmicutes representados têm apenas um membro, enquanto as actinobactérias podem ter um ou dois. Todas as três espécies de Corynebacterial têm duas. Finalmente, todas as outras bactérias representadas possuem apenas uma. Essas proteínas são quase todas grandes, entre 516 e 580 resíduos. Este tamanho grande reflete a presença dos dois domínios TrkA-C em tandem entre as duas unidades de repetição putativas 5 ou 6 TMS (mencionadas acima). Os dois domínios TrkA-C têm cada um cerca de 70 resíduos de comprimento. A região hidrofílica central tem geralmente cerca de 220 resíduos de comprimento, enquanto os dois domínios hidrofóbicos flanqueadores têm cerca de 170 resíduos de comprimento. Esses dois domínios hidrofóbico e dois domínios hidrofílicos, portanto, são responsáveis ​​por grande parte dos tamanhos totais da maioria dessas proteínas.

Algumas proteínas listadas na Tabela AAE-S1 são mais curtas ou mais longas do que a grande maioria dos homólogos. Dois deles, Msu1 e Msu2 de Mannheimia succiniciproducens, têm metade do tamanho (280 e 297 resíduos). Eles correspondem às metades dos terminais N e C de um membro da família AAE típico, cada um possuindo um único AAE e um único domínio TrkA-C. Fundidos, eles compreendem um homólogo completo da família AAE. Um erro de sequenciamento ou uma mutação são responsáveis ​​por esse evento de emenda.

Duas proteínas, Dps2 de Desulfotalea psychrophila e Vfi2 de Vibrio fischeri, são grandes (669 e 624 resíduos) porque possuem extensões N-terminais de 95 e 50 resíduos, respectivamente, ambos os quais contêm um único TMS putativo hidrofóbico. O primeiro, mas não o último, exibe similaridade de sequência com a região N-terminal da proteína HlyA de E. coli (gi # 68520714). Assim, quando os resíduos 5–83 de Dps2 foram comparados com os resíduos 15–94 de HlyD, com o programa GAP [53], 36% de identidade, 50% de similaridade e uma pontuação de comparação de 14,3 S.D. foi obtido. Isso é suficiente para estabelecer homologia. É possível que essas sequências sejam importantes para o direcionamento das proteínas para o aparelho secretor (Sec) para inserção na membrana [54].

As sequências de membros da família AAE foram multiplamente alinhadas com o programa CLUSTAL X [17], e este alinhamento (ver Fig. AAE-S1 em nosso site) foi usado para gerar gráficos de hidropatia / similaridade média (Fig. 5 Programa AveHas Ref. [19]), bem como uma árvore gerada por clustal (Fig. 5 B Programa TreeView Ref. [55]).

Fig. 5. (A) Hidropatia média e gráficos de similaridade para as proteínas da família AAE. As proteínas (Tabela AAE-S1) incluídas no alinhamento CLUSTAL X (Fig. AAE-S1), nas quais este gráfico foi baseado, podem ser visualizadas em nosso website (http://biology.ucsd.edu/

msaier / supmat / Domains). A unidade de repetição putativa 5 TMS (TMSs putativos 1-5 ou 6-10) mais um loop semipolar reentrante proposto (R1 ou R2) [26,27] são indicados como são os domínios TrkA-C duplicados [23,24] . (B) Árvore gerada por clustal para a família AAE. O programa TreeView foi usado para desenhar a árvore, com base no alinhamento CLUSTAL X mostrado na Figura AAE-S1 em nosso site. As proteínas que compreendem os onze clusters e suas abreviaturas são apresentadas na Tabela AAE-S1.

O gráfico na Fig. 5 A revela um pico hidrofóbico (pico 0) nas posições de alinhamento 20-60, muito mal conservado, encontrado em apenas duas proteínas, conforme observado acima. Cinco picos de hidropatia média (picos 1–5) seguem o pico 0 e estão todos bem conservados (posições de alinhamento 100–300). Um loop semipolar de reentrada potencial ocorre entre os putativos TMSs 4 e 5 [26,52]. Em seguida, segue a região hidrofílica central onde os dois domínios TrkA-C em tandem são encontrados. Finalmente, seguem-se mais 5 picos de hidrofobicidade, incluindo um circuito de reentrada potencial entre os TMSs 9 e 10 putativos. A similaridade entre os picos 1–5 e 6–10 pode ser vista, por exemplo, os picos 1, 4, 6 e 9 são os mais hidrofóbicos, enquanto os prováveis ​​loops reentrantes, picos R1 e R2, são os menos hidrofóbicos, exibindo características semipolares.

Essas observações nos levaram a examinar os segmentos que abrangem os TMSs 1–5 e os TMSs 6–10 para determinar se eles são homólogos. Os programas IC [18] e GAP [53] foram usados ​​para este propósito. Os resultados de uma comparação são mostrados na Figura AAE-S2 em nosso site. O surpreendente valor de pontuação de comparação de 23 S.D. está entre as maiores observadas para as duas unidades de repetição em qualquer família dentro do TCDB (ver Refs. [22,56]). Os altos valores obtidos sugerem que o evento de duplicação intragênica que deu origem a essas proteínas 10 TMS putativas deve ter ocorrido há relativamente pouco tempo na história evolutiva. They also suggest that the two halves of these proteins serve similar functions and have not yet acquired a high degree of functional selectivity.

The clustal-generated tree for the AAE family proteins is shown in Fig. 5 B. It can be seen that the various clusters exhibit a limited diversity of organismal types from which these proteins were derived. Thus, clusters 1 and 7 proteins are all from γ-proteobacteria, and all proteins in each of these two clusters are from different organisms. The only exception is the Msu1 and Msu2 proteins which may represent the two halves of a single protein, split because of a sequencing error or an authentic mutation. We suggest that each of these clusters represents a set of orthologues although the two clusters are clearly non-orthologous to each other. In a like fashion, cluster 4 proteins are derived from the only two Firmicutes represented, and cluster 6 proteins are all derived from members of the Bacteroides. Of these proteins, only Porphyromonas gingivalis has two paralogues. Clusters 10 and 11 each includes a single protein, from the only member of the Planctomycetacia e de Fusobacterium nucleatum, respectivamente. Other clusters consist of homologues from broader groups of bacteria, and each of these clusters is likely to comprise a different set of functionally distinct proteins. Thus, cluster 2 includes proteins from β-, γ- and δ-proteobacteria, cluster 3 is from α- and β-proteobacteria, cluster 5 is from α- and β-proteobacteria as well as Bacteroides, cluster 8 is from Bacteroides as well as a δ-proteobacterium, and cluster 9 is from β- and δ-proteobacteria as well as Chloroflexi and Actinobacteria.