Archaea vs Batteri: troviamo le differenze!

Quando si parla di microrganismi si è soliti pensare a batteri, virus e protozoi. Tuttavia esiste un’ulteriore categoria di microrganismi, gli Archaea, i quali presentano, oltre ad una classificazione ancora controversa, anche delle notevoli differenze con i Batteri e delle caratteristiche che li rendono unici.

Iniziamo cercando di inquadrare gli Archaea partendo dalla classificazione, che risulta piuttosto complessa (Fig.1): quella attualmente più accettata è la classificazione presentata da Cavalier-Smith (2004, rivisitata nel 2010), secondo cui gli Archaea sono microrganismi procarioti facenti parte di un Regno a sé stante, tuttavia altre classificazioni rendono questo gruppo tassonomico addirittura un Dominio a parte (Woese 1990).

Fig.1: le diverse classificazioni dei viventi negli anni.

Ma perchè risulta così difficile classificarli? Vediamo di scoprire prima le similitudini con i Batteri, e successivamente le differenze.

Gli Archaea sono, così come i batteri, sprovvisti di nucleo e compartimentalizzazioni interne (mancano cioè degli organuli tipici della cellula Eucariota), ma sono invece presenti vescicole che si originano dalla membrana. La grandezza, piuttosto simile a quella dei Batteri, rientra nel range 0,1-15m. Tali microrganismi si riproducono esclusivamente in maniera asessuale, anche se sono presenti meccanismi di trasferimento genico orizzontale (TGO), attraverso il quale una cellula trasferisce del materiale genetico ad un’altra senza che questa ne sia la diretta discendente.

Terminate le similitudini, iniziamo ad analizzare le differenze tra Archebatteri (gli Archaea) e gli Eubatteri (o Bacteria, i Batteri) partendo dall’esterno della cellula, scendendo poi man mano verso l’interno.

A livello della parete cellulare, la differenza riguarda il tipo di molecola maggiormente rappresentato, che è il peptidoglicano nei batteri (in percentuale variabile a seconda che il batterio preso in esame sia Gram + o Gram -) e lo pseudo-peptidoglicano negli Archaea. Il peptidoglicano è un polimero di due aminozuccheri: l’N-acetilglucosamina (NAG) e l’acido N-acetil-muramico (NAM), legati tra loro da un legame (1-4) glicosidico. Il NAM si differenzia dal NAG per la presenza sul C3 del glucosio di un residuo di acido D-lattico legato da un lato al carbonio appena nominato tramite un legame etere (C-O-C), e dall’altro ad un tetrapeptide (solitamente L-alanina, acido D-glutammico, acido meso-diaminopimelico e D-alanina).

Dal canto loro gli Archaea fanno dello pseudopeptidoglicano il componente fondamentale. Questo è formato da due aminozuccheri: il NAG e l’acido N-acetil-talosaminuronico (NAT) legati tra loro da un legame (1-3) glicosidico. Altra differenza riguarda gli amminoacidi legati al NAT, tutti in forma L.

Scendendo di uno strato verso l’interno troviamo la membrana cellulare. Qui le differenze tra la membrana batterica e quella degli Archaea sono tre: la chiralità (in chimica, quando una molecola non è sovrapponibile alla propria immagine speculare nelle tre dimensioni, Fig.2) del glicerolo che forma i fosfolipidi, il tipo di legame tra glicerolo e catena alifatica e il tipo di catena alifatica.

Fig.2: chiralità. Il classico esempio delle mani che non sono sovrapponibili tra loro.

Nella membrana cellulare batterica (ed eucariota) i fosfolipidi sono formati da una testa polare di D-glicerolo-3-fosfato a cui seguono, legate tramite legame estere, due catene di acidi grassi; negli Archaea il glicerolo si presenta sotto forma di L-glicerolo (diversa chiralità), legato tramite legame etere (diverso legame) a due catene di isoprenoidi (diverse catene alifatiche). Possono inoltre essere presenti dieteri (fitanile) o tetraeteri (difitanile) del glicerolo (Fig.3).

Fig.3: differenze tra i fosfolipidi di membrana tra Batteri e Archaea

Scendendo ulteriormente arriviamo al genoma e agli enzimi ad esso associati. Qui le differenze riguardano gli introni, la RNA-polimerasi (RNA-pol) e il tRNA di inizio della sintesi proteica.

Gli introni formano, assieme agli esoni, i geni; tuttavia di questi solo gli esoni codificano per una proteina, in quanto gli introni vengono eliminati subito dopo la trascrizione tramite un meccanismo chiamato splicing. Questa introduzione per dire che negli Archaea gli introni sono presenti (anche se non su tutti i geni); quindi in questo caso questi microrganismi sono più simili agli eucarioti di quanto non lo siano ai batteri!

Ma le similitudini non finiscono qui, infatti anche l’unica RNA-pol degli Archaea è simile alla RNA-pol II degli eucarioti, con i fattori di trascrizione di un gene (cioè proteine che si legano in una specifica zona del gene e ne regola l’attività) che svolgono attività simile. Va detto anche che sono comunque presenti dei fattori di trascrizione simili a quelli batterici.

Infine parliamo del tRNA d’inizio degli Archaea. Esattamente come quello eucariotico, il tRNA in questi microrganismi è il tRNAiMet , ossia il tRNA portatore della metionina, l’amminoacido da cui parte la traduzione. I Batteri invece utilizzano una forma del tRNAiMet

modificata, il tRNAifMet , ossia la N-formilmetionina.

Come avrete certamente capito, gli Archaea sono degli organismi piuttosto particolari, con delle caratteristiche “ibride” tra i Batteri e gli eucarioti… Un mondo tutto da scoprire!

Fig.4: tabella riassuntiva delle differenze tra Batteri e Archaea

Andrea Borsa

FONTI:

PER APPROFONDIRE: Archaea Treccani

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