Archaea
Archaea, em português: arquea, arqueiaAO 1990 ou arquaia, é um domínio que agrupa microrganismos unicelulares procariontes, morfologicamente semelhantes a bactérias, mas genética e bioquimicamente tão distintas destas como dos eucariontes. Estes organismos foram inicialmente classificadas como um tipo ancestral de bactérias, recebendo o nome Archaebacteria, classificação agora considerada obsoleta, tendo o grupo sido renomeado para esclarecer que os seus membros estão filogeneticamente mais próximos dos eucariontes do que das bactérias. Porem, as moléculas de DNA das arqueias são organizadas em cromossomas circulares presentes no citoplasma, sem membrana envolvente, como equivalente nuclear. As células dos Archaea apresentam propriedades únicas que as separam dos outros dois domínios, estando o grupo presentemente divididos em três reinos e com um número crescente de filos reconhecidos. Sua taxonomia ainda não é bem estabelecida pois a maioria das espécies conhecidas ainda não foi isolada em laboratório, tendo sido detectadas apenas pelas sequências genéticas presentes em amostras ambientais. Não se sabe se estes organismos são capazes de produzir endósporos. Não é conhecido neste agrupamento qualquer patógeno que afete humanos.
A origem das arqueias parece ser muito antiga e as linhagens de Archaea podem ser as mais antigas que existem na Terra. A Idade da Terra é de aproximadamente 4,54 mil milhões de anos. Evidências científicas sugerem que a vida começou na Terra há pelo menos 3,5 mil milhões de anos. As evidências mais precoces de vida na Terra incluem grafite considerado biogénico em rochas metassedimentares de 3,7 mil milhões de anos descobertas na Gronelândia Ocidental e fósseis de tapetes microbianos encontrados em arenitos de 3,48 mil milhões de anos na Austrália Ocidental. Em 2015, possíveis restos de matéria biótica foram encontrados em rochas de 4,1 mil milhões de anos (zircões) na Austrália Ocidental. Embora se conheçam prováveis células procarióticas fósseis que datam de aproximadamente 3,5 mil milhões de anos, a maioria dos procariontes não tem morfologias distintas, e por isso as formas fósseis não podem ser usadas para identificá-los como arqueias. Em vez disso, fósseis químicos de lípidos específicos são mais informativos porque tais compostos não ocorrem em outros organismos. Algumas publicações sugerem que restos lipídicos arqueais ou eucarióticos estão presentes em xistos que datam de 2,7 mil milhões de anos atrás, embora tais dados tenham sido questionados posteriormente. Estes lípidos também foram detectados em rochas ainda mais antigas no oeste da Gronelândia, no cinturão de rochas verdes de Isua, que inclui sedimentos formados há 3,8 mil milhões de anos.
Relação com as bactérias
As relações entre os três domínios da vida celular são de importância central para a compreensão da origem da vida. A maioria das vias metabólicas, que são o objecto da maioria dos genes de um organismo, são comuns entre Archaea e Bacteria, enquanto a maioria dos genes envolvidos na expressão de genes são comuns entre Archaea e Eukarya. Entre os procariotas, a estrutura celular das arqueias é mais semelhante à das bactérias gram-positivas, principalmente porque ambas têm uma única bicamada lipídica e geralmente contêm um sáculo (sacculus) espesso, quase um exoesqueleto, de composição química variável. Em algumas árvores filogenéticas baseadas em diferentes sequências de genes e de proteínas de homólogos procarióticos, os homólogos arqueais estão filogenomicamente mais intimamente relacionados com os homólogos de bactérias gram-positivas. Arqueias e bactérias gram-positivas também partilham inserções e deleções conservadas (indels) em várias proteínas importantes, como Hsp70 e glutamina sintetase I, mas a filogenia destes genes foi interpretada para revelar a transferência de genes entre domínios, e pode não reflectir a relação entre linhagens.
Relação com os eucariontes
As relações evolutivas entre arqueias e eucariontes não são claras. Para além das semelhanças na estrutura e funções celulares discutidas abaixo, muitas árvores genéticas agrupam as duas linhagens. Entre os factores que tornam complexa a relação evolutiva entre estes agrupamentos incluem-se alegações de que a proximidade filogenética entre os eucariontes e o filo arqueano Thermoproteota é maior do que a existente entre os Methanobacteriati e o referido filo, além da presença de genes do tipo arqueano em certas bactérias, como a Thermotoga maritima, resultante de transferência horizontal de genes. A hipótese padrão postula que o antepassado dos eucariontes divergiu muito cedo das arqueias, e que os eucariontes surgiram por simbiogénese, através da fusão de uma arqueia com uma eubactéria, originando as mitocôndrias; esta hipótese explicaria as semelhanças genéticas entre os grupos.
O primeiro grupo de arqueias estudado foi o das espécies metanógenas. A metanogénese foi descoberta no lago Maggiore, na região alpina da Itália, em 1776, quando foi observado o borbulhar de "ar combustível" a partir de lamas situadas nas suas margens. Em 1882 observou-se que a produção de metano no intestino dos animais era devida à presença de microrganismos. Em 1936, ano que marcou o princípio da era moderna no estudo da metanogénese, o microbiologista norte-americano Horace Barker lançou as bases científicas para o estudo da fisiologia dos organismos produtores de metano e conseguiu desenvolver um meio de cultura apropriado para o crescimento dos organismos metanogênicos. Nesse ano foram identificados os géneros Methanococcus e Methanosarcina. As primeiras arqueias extremófilas foram encontradas em ambientes quentes. Em 1970, Thomas D. Brock, da Universidade de Wisconsin, descobriu o género Thermoplasma, um grupo de arqueias termoacidófilas, e em 1972 o género Sulfolobus, um grupo de arqueias hipertermófilas. Brock ter-se-á iniciado em 1969 no campo da biologia dos hipertermófilos com a descoberta da espécie Thermus aquaticus, que é uma bactéria e não uma arqueia.
O novo domínio Archaea
Durante a maior parte do século XX, os procariontes foram vistos como um grupo singular de organismos e eram classificados com base na sua bioquímica, morfologia e metabolismo. Nesse período, os microbiologistas tentaram classificar os microrganismos com base nas estruturas das suas paredes celulares, nas suas formas e nas substâncias que consumiam. No entanto, uma nova abordagem foi proposta em 1965 por Emile Zuckerkandl e Linus Pauling, usando as sequências genéticas destes organismos para estabelecer quais procariontes eram genuinamente relacionados uns com os outros. Esta abordagem, conhecida como filogenética, é o principal método usado na classificação destes organismos.
Comparação com os outros domínios
A separação de Archaea como um domínio independente deveu-se, primariamente, às grandes diferenças na estrutura do seu RNA ribossómico. A molécula de 16S rRNA é fundamental para a produção de proteínas em todos os organismos; devido à sua função central, mutações nesta sequência são raramente viáveis, conferindo-lhe uma grande estabilidade estrutural ao longo de gerações. Em 1977, Carl Woese desenvolveu um método de comparação genética que identificou um grupo de metanogénicos com rRNA vastamente diferente de qualquer procarionte ou eucarionte conhecido, levando à proposta do novo domínio. Para além das claras diferenças metabólicas e morfológicas em relação às bactérias, os membros do agrupamento Archaea possuem características ultraestruturais próprias que também suportam o seu distanciamento filogenético em relação aos eucariotas. A mais marcante dessas características distintivas é a ausência de um núcleo celular delimitado por uma membrana, motivo pelo qual tanto as arqueias como as bactérias são denominadas de procariontes. Uma vez que esta definição de procariontes é baseada numa característica que está presente nos eucariontes mas não está presente nos procariontes, alguns autores sugerem que a transcrição acoplada à tradução seja utilizada como característica apomórfica dos procariontes.
Questionamento do sistema de três domínios
Em hipóteses anteriores como a de Carl Woese, foi argumentado que as bactérias, arqueias e eucariontes representavam três linhagens evolutivas distintas que divergiram há muitos milhões de anos de um grupo ancestral de organismos. Segundo Woese, como as arqueias e as bactérias não estariam mais estritamente relacionadas umas com as outras do que com os eucariontes, propôs-se que o termo "procarionte" não teria um verdadeiro sentido evolutivo e que por isso teria que ser desconsiderado por completo. Contudo, outros investigadores argumentam que arqueias e eucariontes surgiram de um grupo de bactérias. Tendo essa possibilidade em vista, muitos biólogos evolutivos consideram que no sistema de três domínios se exagerou na diferença entre arqueias e bactérias. Estes autores sustentam que a transição mais dramática produziu-se entre Prokaryota e Eukaryota (o sistema de dois domínios ou hipótese do eocito), sendo este último de origem mais recente por eucariogénese e como resultado da fusão endossimbiótica de pelo menos dois procariontes: uma arqueia (possivelmente do clado Asgard) e uma bactéria.
A classificação das arqueias e dos procariontes em geral é um campo contencioso e em rápida evolução. Os atuais sistemas de classificação, seguindo uma lógica assente em critérios filogenéticos, pretendem organizar as arqueias em grupos de organismos que partilham caracteres estruturais associados a ancestrais comuns. Estas classificações apoiam-se grandemente nas sequências de genes de ARN ribossomal para revelar as relações entre organismos (filogenética molelular). A maioria das espécies de Archaea cultiváveis e bem investigadas são membros de dois filos principais, os Euryarchaeota e os Thermoproteota (anteriormente designados por Crenarchaeota). Outros grupos foram tentativamente criados, como, por exemplo, para a espécie peculiar Nanoarchaeum equitans, que foi descoberta em 2003, e para a qual foi proposto o seu próprio filo, o filo Nanoarchaeota. Um novo filo, o Korarchaeota, foi também proposto, contendo um pequeno grupo de espécies termofílicas pouco usuais, que partilham caracteres de ambos os filos principais, mas que aparenta ser filogeneticamente mais próxima dos Crenarchaeota. Outras espécies detectadas recentemente aparentam ser apenas filogeneticamente relacionadas de maneira distante com algum destes grupos, tais como os Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms (ARMAN, incluindo Micrarchaeota e Parvarchaeota), descobertos em 2006, grupo que inclui alguns dos menores organismos conhecidos.
Cladograma
Embora a árvore filogenética de Archaea continue sem obter amplo consenso, os seguintes cladogramas apresentam as versões mais recentes:
O conceito de espécie em Archaea
A classificação das arqueias em espécies é também controversa, já que segundo a definição de Ernst Mayr, uma espécie é definida como um grupo de organismos geneticamente relacionados de tal forma que se podem reproduzir entre si e não com outros, ou seja que estão em isolamento reprodutivo. Esta definição pode ser aplicada com relativa facilidade a animais ou plantas, mas dificilmente se aplica às arqueias, que se reproduzem assexuadamente. Além disso, as arqueias apresentam um alto grau de transferência horizontal de genes entre linhagens distintas. Alguns pesquisadores sugerem que estas podem agrupar-se em populações similares a espécies, com células individuais que possuem grande similaridade entre seus genomas e que raramente transferem genes com grupos de células mais divergentes, como no caso do género Ferroplasma. Por outro lado, em estudos realizados sobre o género Halorubrum encontrou-se uma significativa transferência de genes entre populações pouco relacionadas, o que limita a aplicabilidade deste critério. Tais resultados levaram ao argumento de que classificar estes grupos de organismos em espécies tem pouco significado prático.
As arqueias partilham características que podem ser encontradas tanto entre os eucariontes como entre as bactérias. A título de exemplo, as arqueias possuem geralmente um único cromossoma circular, à semelhança das bactérias, mas os seus cromossomas podem ter mais do que uma origem de replicação, fenómeno que se pensava estar presente apenas nos eucariotas.
Morfologia
Também no que respeita à morfologia, embora as arqueias e as bactérias sejam geralmente semelhantes em tamanho e forma, algumas espécies de arqueia apresentam morfologia muito diferente, como sejam as células planas e quadradas de Haloquadratum walsbyi. Ainda assim, apesar das semelhanças morfológicas com as bactérias, as arqueias possuem genes e várias vias metabólicas que estão mais intimamente relacionadas com as dos eucariotas, nomeadamente no que concerne as enzimas envolvidas na transcrição e tradução genômica. Outros aspectos da bioquímica das arqueias são únicos, como a dependência de éteres lipídicos na estruturação das membranas celulares, incluindo a presença de di-éteres do grupo arqueol (ou archaeol).
Os membros de Archaea são semelhantes às bactérias na sua estrutura celular geral, mas a composição e organização de algumas dessas estruturas diferenciam as arqueias. Assim como as bactérias, as arqueias não possuem membranas internas, de modo que suas células não contêm organelos. Estes organismos também se assemelham a bactérias em outros importantes aspectos: (1) a sua membrana celular é geralmente limitada por uma parede celular; e (2) nadam pelo uso de um ou mais flagelos. Na estrutura geral, as arqueias são mais semelhante a bactérias gram-positivas, já que a maioria tem uma única membrana plasmática e parede celular e não apresentam espaço periplasmático. A exceção a esta regra geral é o género arqueano Ignicoccus, que possui um periplasma particularmente grande que contém vesículas ligadas à membrana e é envolvido por uma membrana externa.
Parede celular e arcaelo
A maioria das arqueias (mas não os géneros Thermoplasma e Ferroplasma) possui uma parede celular. Na maioria das arqueias, a parede é montada a partir de proteínas da camada superficial, que formam uma camada S (S-layer). A camada S é uma matriz rígida de moléculas de proteína que cobrem a parte externa da célula (como uma cota de malha numa armadura). A presença dessa camada fornece proteção química e física e pode impedir que macromoléculas entrem em contato com a membrana celular. Ao contrário das bactérias, as arqueias não possuem peptidoglicano nas suas paredes celulares. O grupo das Methanobacteriales apresenta paredes celulares contendo pseudopeptidoglicano, que se assemelha ao peptidoglicano eubacteriano em morfologia, função e estrutura física, mas é distinto na estrutura química. Neste composto faltam os D-aminoácidos e o ácido N-acetilmurâmico, estando o último substituído por ácido N-acetiltalosaminurónico.
Membrana celular
As membranas das arqueias são constituídas por moléculas que são distintamente diferentes daquelas que estão presentes em todas as outras formas de vida, mostrando que as arqueias estão apenas distantemente relacionadas com as bactérias e os eucariotas. Em todos os organismos, a membrana celular é constituída por moléculas conhecidas como fosfolípidos. Essas moléculas possuem uma parte polar que se dissolve em água (a "cabeça" de fosfato) e uma parte não polar, "gordurosa", que é hidrófuga (a cauda lipídica). Essas partes diferentes são conectadas por uma porção de glicerol. Na água, os fosfolipídios agrupam-se com as "cabeças" fosfatadas voltadas para a água e as caudas lipídicas voltadas para longe dela. A principal estrutura nas membranas celulares é uma dupla camada desses fosfolipídios, que é designada por bicamada lipídica.
Arqueias exibem uma grande variedade de reações químicas em seu metabolismo e usa muitas fontes de energia. Essas reações são classificadas em grupos nutricionais, dependendo das fontes de energia e carbono. Algumas arqueias obtêm energia de compostos inorgânicos, como enxofre ou amónia (são organismos quimiotróficos). Entre estes incluem-se organismos nitrificadores, metanogénicos e oxidadores anaeróbicos do metano. Nessas reações, um composto cede eletrões a outro (numa reação redox), libertando energia para abastecer as atividades da célula. Um composto atua como um dador de eletrões e outro como um recetor de eletrões. A energia libertada é utilizada para gerar trifosfato de adenosina (ATP) por meio da quimiosmose, o mesmo processo básico que ocorre na mitocôndria das células eucarióticas. Outros grupos de arqueias usam a luz solar como fonte de energia (são fototróficos), mas a fotossíntese geradora de oxigénio não ocorre em nenhum desses organismos. Muitas vias metabólicas básicas são compartilhadas entre todas as formas de vida; por exemplo, arqueias usam uma forma modificada de glicólise (a via Entner–Doudoroff) e um ciclo do ácido cítrico completo ou parcial. Essas semelhanças com outros organismos provavelmente refletem tanto as primeiras origens na história da vida quanto o seu alto nível de eficiência.
As arqueias geralmente apresentam um único cromossomo circular, que atinge 5 751 492 pares de bases em Methanosarcina acetivorans, o maior genoma arqueano conhecido. O minúsculo genoma de apenas 490 885 pares de bases de Nanoarchaeum equitans tem um décimo desse tamanho e é o menor genoma arqueano conhecido, no quel se estima contenha apenas 537 genes que codificam proteínas. Pedaços independentes menores de DNA, designados por plasmídeos, também são encontrados em arqueias. Os plasmídeos podem ser transferidos entre células por contato físico, em num processo que pode ser semelhante à conjugação bacteriana. As arqueias são geneticamente distintos de bactérias e eucariontes, com até 15% das proteínas codificadas por genoma exclusivo do domínio, embora a maioria desses genes únicos não tenha função conhecida. A maioria da fração das proteínas únicas que têm uma função identificada pertence aos Euryarchaeota e está envolvida na metanogénese. As proteínas que as arqueias, as bactérias e os eucariontes compartilham formam um núcleo comum de função celular, relacionado principalmente coma transcrição, tradução e metabolismo dos nucleotídeos. Outras características arqueanas diferenciadoras são a organização dos genes de função relacionada, tais como as enzimas que catalisam etapas na mesma via metabólica em novos operões e grandes diferenças em genes tRNA e suas aminoacil-tRNA sintetases.
Transferência de genes e troca genética
A espécie Haloferax volcanii, uma arqueia halofílica extrema, forma pontes citoplasmáticas entre as células que parecem ser usadas para a transferência de DNA de uma célula para outra em ambas direções. Quando as arqueias hipertermofílicas Sulfolobus solfataricus e Sulfolobus acidocaldarius são expostas a irradiação UV prejudicial ao DNA ou aos agentes teratogénicos conhecidos por bleomicina ou mitomicina C, é induzida a agregação celular espécie-específica. A agregação em Sulfolobus solfataricus não pode ser induzida por outros factores físicos, como mudança de pH ou temperatura, sugerindo que a agregação é induzida especificamente por danos no DNA.
Vírus que infectam Archaea
Arqueias são alvos de vários vírus que integram uma virosfera diversa e distinta dos vírus bacterianos e eucarióticos. Os tipos conhecidos até agora foram organizados em 15-18 famílias baseadas em DNA, mas várias estirpes permanecem não isoladas e aguardam classificação. Essas famílias podem ser informalmente divididas em dois grupos: vírus arqueia-específicos e cosmopolitas. Vírus específicos de Archaea têm como alvo apenas espécies arqueanas e atualmente incluem 12 famílias. Numerosas estruturas virais únicas e não identificadas anteriormente foram observadas neste grupo, incluindo: vírus em forma de garrafa, em forma de fuso, em forma de espiral e em forma de gota. Embora os ciclos reprodutivos e os mecanismos genômicos de espécies específicas de Archaea possam ser semelhantes a outros vírus, estes possuem características únicas que foram desenvolvidas especificamente devido à morfologia das células hospedeiras que infectam. Os mecanismos de libertação destes vírus diferem dos de outros fagos. Enquanto os bacteriófagos geralmente passam por vias líticas, vias lisogénicas ou (raramente) uma mistura dos dois tipos, a maioria das estirpes virais específicas de Archaea mantém uma relação estável, um tanto lisogénica, com os seus hospedeiros, aparecendo como uma infecção crônica. Isso envolve a produção e libertação gradual e contínua de viriões sem matar a célula hospedeira.
As arqueias seguem um processo de reprodução assexuada por fissão binária, fragmentação ou brotamento. Ao contrário das bactérias, nenhuma espécie conhecida de Archaea forma endósporos. Os membros conhecidos de Archaea reproduzem-se assexuadamente por fissão binária ou múltipla), fragmentação ou brotamento. A mitose e a meiose não ocorrem, e por isso, se uma espécie de Archaea existe em mais de uma forma, todas têm o mesmo material genético. A divisão celular é controlada num ciclo celular, no qual após o cromossoma da célula ter sido replicado, os dois cromossomas-filhos separam-se e a célula é dividida. No género Sulfolobus, o ciclo apresenta características semelhantes aos sistemas bacterianos e eucarióticos. Os cromossomas são replicados a partir de múltiplos pontos de partida (origens de replicação) usando DNA polimerases que se assemelham às enzimas eucarióticas equivalentes. Em Euryarchaeota, a proteína de divisão celular FtsZ, que forma um anel de contração ao redor da célula, e os componentes do septo que é construído no centro da célula, são semelhantes aos seus equivalentes bacterianos. Nos agrupamentos Crenarchaea e Thaumarchaea, a maquinaria de divisão celular Cdv desempenha um papel semelhante. Esta maquinaria está relacionada com a maquinaria ESCRT-III eucariótica que, embora mais conhecida pelo seu papel na classificação celular, também foi encontrada desempenhando um papel na separação entre células divididas, sugerindo um papel ancestral na divisão celular.
As primeiras arqueias observadas foram extremófilos vivendo em ambientes extremos como fontes termais e lagos salgados, em ambientes sem outros organismos presentes. A melhoria das ferramentas de deteção molecular levou à descoberta de arqueias em quase todos os habitats, incluindo o solo, os oceanos e as áreas pantanosas. Arqueias são particularmente numerosos nos oceanos, e as arqueias presentes no plâncton podem ser um dos grupos de organismos mais abundantes no planeta. As arqueias são uma parte importante da vida na Terra, fazendo parte da microbiota de todos os organismos. No microbioma humano, estes organismos são importantes no intestino, na boca e na pele. A diversidade morfológica, metabólica e geográfica permite que as arqueias desempenhem múltiplos papéis ecológicos, entre os quais a fixação de carbono, o ciclo do azoto, a rotatividade de compostos orgânicos e a manutenção de comunidades microbianas simbióticas e sintróficas.
Comunicação
O fenómeno de detecção de quorum foi originalmente considerado como ausente em arqueias, mas estudos recentes mostraram evidências de que algumas espécies são capazes de realizar diafonia através da detecção de quorum. Outros estudos mostraram interações sintróficas entre arqueias e bactérias durante o crescimento de biofilmes. Embora a pesquisa seja limitada na detecção de quorum entre arqueias, alguns estudos descobriram proteínas LuxR em espécies arqueanas, exibindo semelhanças com as bactérias LuxR e, finalmente, permitindo a detecção de pequenas moléculas que são usadas em comunicação da detecção de alta densidade populacional. Da mesma forma que as bactérias, os solos de Archaea LuxR demonstraram se ligar a AHLs (lactonas) e não-AHLs ligans, o que é uma grande parte na realização de comunicação intraespécies, interespécies e interreinos por meio da detecção de quorum.
Habitats
Arqueias ocorrem numa ampla gama de habitats, sendo reconhecidos como uma parte importante dos ecossistemas globais, e pode representar cerca de 20% das células microbianas nos oceanos. No entanto, os primeiros arqueanos descobertos eram extremófilos. De facto, algumas arqueias sobrevivem a altas temperaturas, muitas vezes acima de 100 °C, como encontrado em geysers, fumarolas negras (black smokers) e poços de petróleo. Outros habitats comuns incluem habitats muito frios e água altamente salinas, ácidas ou alcalinas, mas o grupo Archaea inclui mesófilos que crescem em condições amenas, em pântanos e alagadiços, esgotos, o oceano, o tracto intestinal dos animais e o solo. Semelhante a rizobactérias promotoras do crescimento de plantas (PGPR), as arqueias são agora consideradas também como uma fonte de promoção do crescimento das plantas.
Papel nos ciclos biogeoquímicos
As arqueias reciclam elementos como o carbono, o azoto e o enxofre através da participação no respetivo ciclo biogeoquímico nos vários habitats em que estes organismos estão presentes. As arqueias realizam muitas etapas no ciclo do azoto. Isso inclui tanto as reações que removem o azoto dos ecossistemas (como a respiração baseada em nitrato e a desnitrificação) quanto os processos que ali introduzem azoto (como a assimilação de nitrato e a fixação de azoto). Foi recentemente demonstrado o envolvimento de arqueias em reações de oxidação de amónia. Essas reações são particularmente importantes nos oceanos. As arqueias também parecem cruciais para a oxidação de amónia nos solos, produzindo o nitrito que outros micróbios então oxidam para nitrato. Plantas e outros organismos consomem o nitrato assim produzido.
Interações com outros organismos
As interações bem caracterizadas entre arqueias e outros organismos são o mutulalismo ou o comensalismo. Não há exemplos claros de arqueias patógenicas ou parasitas conhecidas, mas algumas espécies de organismos metanogénicos foram sugeridas como envolvidas em infecções na boca de humanos. A espécie Nanoarchaeum equitans pode ser um parasita de outra espécie de Archaea, já que só sobrevive e se reproduz dentro das células de Ignicoccus hospitalis (Crenarchaeota), e parece não oferecer qualquer benefício ao seu hospedeiro. Mutualismo é uma interação entre indivíduos de diferentes espécies que resulta em efeitos positivos (benéficos) na reprodução ou na sobrevivência das populações que interagem. Um exemplo bem compreendido de mutualismo é a interação entre protozoários e arqueias metanogénicas no tracto digestivo de animais que digerem celulose, como ruminante e térmitas. Nesses ambientes anaeróbicos, os protozoários quebram a celulose vegetal para obter energia. Este processo liberta hidrogénio como produto residual, mas altos níveis de hidrogénio reduzem a produção de energia. Quando arqueias metanogénicas convertem hidrogénio em metano, os protozoários beneficiam de mais energia.
Imagem: Maulucioni · BY-SA · Openverse
As arqueias extremófilas, particularmente os resistentes ao calor ou a extremos de acidez e alcalinidade, são uma fonte de enzimas que funcionam sob essas condições adversas. Essas enzimas encontraram muitos usos. Por exemplo, as DNA polimerases termoestáveis, como a Pfu DNA polimerase de Pyrococcus furiosus, revolucionou a biologia molecular ao permitir a reação em cadeia da polimerase para ser usado em pesquisa como uma técnica simples e rápida para clonagem de DNA. Na indústria, as amilases, galactosidases e pululanases encontradas em outras espécies de Pyrococcus que funcionam em temperaturas superiores a 100 °C permitem o processamento de alimentos em altas temperaturas, como a produção de leite com baixo teor de lactose e soro. As enzimas das arqueias termofílicas também tendem a ser muito estáveis em solventes orgânicos, permitindo o uso em processos ecologicamente sustentáveis de química verde para síntese de compostos orgânicos. Essa estabilidade torna esses enzimas mais fáceis de usar em biologia estrutural. Consequentemente, as contrapartes de enzimas bacterianas ou eucarióticas de arqueias extremófilas são frequentemente usadas em estudos estruturais.
