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Campus La Huerta Microbiología I “Investigación: Dominios de Carl R. Woese” Ingeniería en Industrias Alimentarias. Karla Guadalupe Chávez Marín, 17101092, cuarto semestre. Mónica Yuliana Sánchez Maciel. La Huerta, Jalisco. A 26 de febrero del 2019

Dominios de Carl R. Woese El 3 de noviembre de 1977, una nueva revolución científica fue anunciada al mundo, pero llegó crípticamente, en una forma ligeramente confusa. Los científicos que estudian la evolución de los organismos primitivos informaron la existencia de una forma de vida separada que es difícil de encontrar en la naturaleza. Lo describieron como un "tercer reino" de material vivo, compuesto de células ancestrales que aborrecen el oxígeno, digieren el dióxido de carbono y producen metano. (Quammen, 2018) El sistema de los 3 Dominios de Woese es un sistema de clasificación de seres vivos que tiene como base la comparación de ARN ribosómico, que fue creado usando el término reino en vez de dominio. Este sistema tiene en cuenta la evolución de los seres vivos y su relación filogenética. La diversidad genética encontrada refleja no sólo las características genéticas de los seres vivos, sino también su ecología y bioquímica, siendo ese el motivo para la descripción de estos 3 dominios. (Almeida, 2018) Los dominios son un concepto extenso que se encuentra por encima del concepto de reino, que no es aplicado a esta teoría hasta 1990. En estos dominios se encuentran organizadas todas las especies según su proximidad genética. La teoría Woese considera la existencia de un árbol de la vida compuesto por 3 ramas. A pesar de que la descripción de esta teoría se basa en la existencia de antepasados comunes entre los individuos que componen cada dominio, este concepto no asume que todos los dominios surgieron simultáneamente, habiendo un grupo más basal que los otros, el dominio Bacteria. Sin embargo, la descripción de los miembros de cada grupo, así como las posiciones que cada dominio asume en el “árbol”, también son completamente aceptadas por todos los investigadores. (Almeida, 2018) La existencia de un antepasado común entre determinado conjunto de individuos contribuye para que su organización en tres dominios sea posible. En esta teoría son tenidas en cuenta las relaciones filogenéticas (comparación de genes a nivel molecular) entre los individuos de forma a organizar grupos de seres vivos que sean lo más monofiléticos posible. Los estudios filogenéticos determinaron la proximidad genética entre individuos, demostrando que los organismos pertenecientes a los eucariotas se encuentran mucho más próximos entre sí, de lo que entre los organismos de los otros dos dominios. Otro de los descubrimientos de estos estudios es la proximidad entre los eucariontes y los elementos del dominio Archaea, llevando a considerar que el dominio Eubacteria, como un dominio bastante basal y con poca relación entre los otros dominios. (Almeida, 2018) El sistema de tres dominios clasifica el árbol de la vida en tres grupos en la categoría más alta: Bacteria (en sentido restringido, excluyendo archaeas, a diferencia de la hasta en ese momento concepción del grupo), Archaea y Eukarya. Woese se basó en las diferencias encontradas en la secuencia del ARN ribosomal de la subunidad menor, para concluir que estos grupos se desarrollaron por separado de un progenitor común llamado progenota. (Quammen, 2018)

Dominio Bacteria Las bacterias son organismos procariotas que carecen de un núcleo rodeado por membranas y de organelas. Para su desplazamiento utilizan flagelos o movimientos deslizantes por flexión, mientras que otras se mantienen inmóviles. Las bacterias están constituidas por una molécula circular de ADN llamada nucleoide, que se encuentra en el citoplasma. Estos organismos cumplen diversas funciones en el planeta: inciden en la salud de los seres y en el desarrollo industrial. El dominio bacteria incluye a todas las bacterias (eubacterias) y las cianobacterias (algas verdeazuladas), que son las formas más presentes de este dominio. (Gonzalez, 1948) Características

El dominio bacteria incluye a casi todos los seres microscópicos unicelulares. Tienen pocas proteínas asociadas y no poseen membrana nuclear, mitocondrias ni plástidos, propios de las plantas y los hongos. Estas células procariotas tienen un tamaño entre 0,2 y 10 milímetros de ancho y están constituidas por una molécula circular de ADN llamada nucleoide, que se encuentra en el citoplasma. Para moverse utilizan pequeños organelos y tienen pocas proteínas asociadas. Las bacterias tienen una gran importancia en la naturaleza ya que están presentes en los ciclos naturales del nitrógeno, del carbono y del fósforo, entre otros. Las bacterias pueden transformar sustancias orgánicas en inorgánicas, y viceversa. Este grupo de organismos se nutre por absorción, fotosíntesis o quimiosíntesis y su reproducción es asexual, por fisión binaria; es decir, antes de que se dé la reproducción se produce la duplicación o copia de ese material genético, y así se produce la división celular. Esta división también puede ocurrir a través de yemas. La forma de las bacterias es muy variada, y a menudo una misma especie adopta distintos tipos morfológicos. Este fenómeno es conocido como pleomorfismo. Es posible encontrar cuatro tipos de bacterias: los cocos, que tienen forma de esfera; los bacilos, como la escherischia coli; los espirilos, que son células helicoidales; y los vibriones, causantes del cólera. Las bacterias se encuentran en todos los ecosistemas terrestres y acuáticos y se desarrollan en ambientes extremos. Entre estos ambientes destacan manantiales de aguas calientes y ácidas, desechos radioactivos, lo más profundo del mar o cualquier área de la corteza terrestre. Algunos tipos de bacterias son independientes y otros son parasitarios: se alimentan de otros organismos y de una gran variedad de cosas. (Gonzalez, 1948) Funciones Las bacterias son muy importantes para el reciclaje de diversos elementos; muchos pasos importantes de los ciclos biogeoquímicos dependen de estas. Son las responsables de la descomposición de la materia orgánica en sus formas más básicas para que pueda volver al suelo o al aire. En el cuerpo humano existen diez veces más células bacterianas que humanas. La mayoría se concentra en la piel y en el tracto digestivo. La función es proteger al cuerpo y también crear el ambiente propicio para el desarrollo de otras funciones fisiológicas, pero cuando se altera la cantidad normal de bacterias se producen enfermedades. La protección que brinda el sistema inmunológico permite que muchas de estas bacterias sean beneficiosas e inofensivas. Sin embargo, algunas bacterias patógenas

pueden causar enfermedades infecciosas como difteria, sífilis, cólera, tifus, escarlatina y lepra. Existen doscientas especies de bacterias que resultan ser patógenas para el ser humano, pero la gran mayoría son indiferentes o beneficiosas. Las bacterias son importantes en procesos industriales como en la fabricación de productos químicos y medicamentos, el tratamiento de aguas residuales y en la elaboración de alimentos como embutidos, vinagre, mantequilla, yogur, queso, aceitunas, pepinillos y cebollitas. Científicos en todo el mundo utilizan diferentes tipos de bacterias con fines médicos para la producción de antibióticos, creación de vacunas y tratamiento de diversas enfermedades. En cosméticos, las bacterias son fundamentales para la producción de cremas antiarrugas, protectores de piel y antioxidantes. (Gonzalez, 1948)

Dominio Archaea El reino archaea o dominio arquea es una categoría biológica que constituye una diversidad de microorganismos unicelulares procariotas, es decir, que no tienen núcleo. Se caracterizan por mantener sus propias diferencias frente a otros procariotas y frente a otros dominios en algún momento clasificados como similares: las bacterias y los eucariotas. En un principio, el estudio de las arqueas estuvo ligado al dominio de las bacterias, hasta que se comenzaron a visibilizar sus propiedades únicas, que no necesariamente respondían a las mismas condiciones que las bacterias y otros organismos procariotas. Una de las principales condiciones que permitieron su adhesión como dominio propio es la resistencia y facilidad que tienen para vivir en altas temperaturas. Se les acuñó el término arquea, proveniente del griego archae, debido a que poseen una estructura molecular antigua, y que se ha mantenido sin mayores cambios o desarrollo frente a cualquier otra rama de microorganismos. Durante muchos años se estimó que las arqueas habitaban principalmente en entornos hostiles para otros seres, lo que hacía más difícil su aislamiento para posterior análisis y estudio. (Tovar, 2007) Características Son diversas las propiedades que caracterizan a las arqueas: tienen una membrana unicelular cuya envoltura o pared es distinta a la de las bacterias; las membranas arqueas están compuestas por lípidos con una composición glicerina distinta a la de los eucariotas, con la finalidad de brindar a las primeras una alta capacidad de resistencia térmica. Las arqueas individuales tienen un diámetro variable (de 0.1 a 15 micrómetros) y pueden presentar múltiples formas, como esféricas, espirales, y hasta rectangulares. Sus flagelos presentan composiciones diferentes a los de las bacterias, pudiendo ser mucho más largos y gruesos. Las arqueas, según sus formas, pueden presentar procesos metabólicos muy distintos entre ellos. El funcionamiento y las relaciones internas de las arqueas, aunque propias, son más similares al funcionamiento eucariota que al bacteriano, en cuanto a sus procesos proteínicos. El estudio especializado en la síntesis proteica de las arqueas ha permitido un entendimiento mucho más profundo de este proceso no solo en las arqueas, sino en todos los dominios de la vida. La mayoría de las arqueas son consideradas extremófilas; capaces de vivir a más de 100°C, en geiseres o sumideros submarinos, así

como en condiciones extremadamente frías. Las arqueas pueden habitar en el fondo del océano, en entornos pantanosos y hasta han sido rastreadas en pozos de petróleo y drenajes. Presencia arquea también ha sido descubierta en microfauna marina como el plancton; de igual forma en los conductos digestivos de animales como rumiantes. (Tovar, 2007)

Dominio Eukarya Los organismos eucariontes son todos aquellos que tienen células nucleadas y organelos. En este dominio se ubican cuatro reinos: Protista, Fungí, Plantae y Animalia. En ellos se conserva el criterio dado por Whittaker, el cual clasificó a estos organismos de acuerdo principalmente con su modo de nutrición y con su organización, pluricelular o unicelular. Los organismos del dominio Eucarya son los más familiares para nosotros: las plantas, los hongos, los animales y algunos microorganismos forman parte de este dominio. Aunque estos grupos parecieran ser muy diferentes, y lo son, tienen varios puntos en común, incluyendo que todos ellos tienen unas células únicas llamadas eucariotas. Todos los integrantes del dominio eucariota tienen células eucariotas. Y este es el único dominio que tiene este tipo de células. Las células eucariotas tienen una parte especial llamada núcleo, que contiene material genético en los cromosomas. Eucariota o eucarionte es un adjetivo que se utiliza en la biología para referirse a las células que presentan un núcleo diferenciado, protegido por una membrana y con citoplasma organizado. También se conoce como eucariota al organismo constituido por este tipo de célula. Las eucariotas suelen contener mitocondrias, que son orgánelos membranosos que producen energía. Algunas eucariotas protistas, sin embargo, ya no exhiben mitocondrias tras el curso de la evolución. La presencia de plastos en el citoplasma, por otra parte, permite que ciertas eucariotas puedan realizar la fotosíntesis. (Rodriguez, 2013)

Diferencias citológicas y moleculares entre las células de los tres dominios.

Nota: 1.- Aunque puede haber recombinación de algunos genes por mecanismos diferentes a la meiosis. (Otero, 2017)

Árbol filogenético de las bacterias

Este árbol se ha realizado teniendo en cuenta las distancias evolutivas entre los distintos organismos. Como se ve, cuando los datos son estructurados en árboles se observan tres dominios o grupos primarios: Archaea, Bacteria y Eucarya. Y podemos observar cosas curiosas insospechadas hasta ese momento, como que, aunque Archaea y Bacteria son ambas procariotas, no por ello están más emparentadas, pues de hecho lo están mucho más Archaea y Eucarya a pesar de diferencias a priori insalvables. (Cuadra, s.f.)

Conclusión Los dominios son de gran importancia ya que nos llevan a un mejor entendimiento y lo hace con mayor practicidad, a lo largo del tiempo las cosas han cambiado los investigadores son más exhaustivos para poder llegar a un determinado punto el señor Carl R. Woese fue uno de los microbiólogos más importantes ya que trabajo muy duro para poder dejar en claro lo que son los dominios y que estos no se confundan con los reinos ya que son dos cosas muy diferentes, descubrió el dominio Archaea muchos de sus colegas no estuvieron muy de acuerdo con el pero el continuo con su investigación.

Bibliografía Almeida, S. (06 de Julio de 2018). Knoow.net. Obtenido de Knoow.net: http://knoow.net/es/ciencias-tierra-vida/biologia-es/sistema-los-3-dominios-woese/ Cuadra, J. M. (s.f.). Unicen. Obtenido de Unicen: http://www.vet.unicen.edu.ar/ActividadesCurriculares/Microbiologia/images/Docume ntos/filogenetica.pdf Gonzalez, S. G. (1948). Lifeder. Obtenido de Lifeder: https://www.lifeder.com/dominiobacteria/

Otero, P. A. (2017). Carl Woese y los dominios de la vida. Boletín Biológica, 23-33. Quammen, D. (13 de Agosto de 2018). El científico que revolvió el árbol de la vida de Darwin. The New York Times Magazine, págs. 5-10. Rodriguez, J. V. (17 de Septiembre de 2013). Julio Biologia Verde. Obtenido de Julio Biologia Verde: http://juliobiologiaverde.blogspot.com/2013/09/dominio-eucaria.html Tovar, P. (2007). Lifeder. Obtenido de Lifeder: https://www.lifeder.com/reino-archaea/...