Alla scoperta della straordinaria e complessa classificazione degli Archaea

Anche oggi vi propongo un articolo sugli Archaea! Dopo il primissimo sulle differenze tra questi procarioti e i Batteri (*), questa settimana vediamo meglio la loro classificazione, tuttora in divenire! Nessun phylum di questo Regno poco conosciuto è privo di caratteristiche incredibili, che in alcuni casi erano ritenute incompatibili con la vita. Diamo quindi il via alla nostra seconda puntata sugli Archaea, probabilmente i microrganismi più strani e “misteriosi” del pianeta!

Come detto nel precedente articolo, la classificazione degli Archaea è piuttosto complessa e ancora in divenire, dato che la loro scoperta risale solo al 1977. Attualmente la classificazione che raccoglie il maggior numero di consensi è quella che vede gli Archaea come un Regno a sé stante all’interno del Dominio dei Procarioti (Cavalier-Smith, 2004), e che si suddivide in 4 phyla ufficiali: Euryarchaeota, Crenarchaeota, Korarchaeota e Nanoarchaeota ed un phylum per ora solo proposto, Taumarchaeota.

Fig.1: suddivisione degli Archaea nei 4 phyla attuali (in giallo)

Il phylum Euryarchaeota è il raggruppamento principale degli Archaea e comprende un gruppo molto eterogeneo di microrganismi; visto in numeri questo phylum conta 9 classi, 9 ordini e 15 famiglie.

Alcuni tra i rappresentanti di questo gruppo sono metanogeni, ossia sintetizzano metano partendo da alcune molecole organiche; delle 9 classi totali, ben 5 rientrano tra i metanogeni: Methanomicrobia, Methanococcus, Methanobacteria, Methanopyri e Methanosarcinae.

Il meccanismo coinvolto nella produzione di metano coinvolge coenzimi suddivisubili in due classi: quelli coinvolti nel trasporto C1 da CO2 a CH4 , e quelli coinvolti nelle ossido-riduzioni. Il tutto avviene secondo la reazione:

CO2 + 4 H2 CH4 + 2H2O

Oltre ai metanogeni, in questo phylum sono presenti gli alofili (classe Halobacteria), che non solo sopportano elevate concentrazioni di sale, ma addirittura fanno di queste condizioni il loro habitat esclusivo (minimo 12-24% di NaCl, e tutti possono crescere ad una concentrazione del 32%, in pratica al limite di saturazione dell’NaCl!).

Ma come possono questi microrganismi resistere a concentrazioni di sale così elevate?

Grazie all’enorme concentrazione di K+ nell’ambiente intracellulare rispetto al Na+ nell’ambiente extracellulare. Sono inoltre presenti delle particolari proteine di membrana, altamente polari, che proprio grazie a questa caratteristica possono mantenere la loro conformazione in ambienti molto ricchi di sali (come il citoplasma di questi Archaea) invece di aggregarsi e precipitare come farebbero le classiche e poco polari proteine di membrana.

Infine si annoverano Archaea ipertermofili, che vivono a temperature decisamente proibitive per altre forme di vita: dai 60°C ai 110°C! Le classi appartenenti agli ipertermofili sono: Archaeoglobi, Methanopyri (che appartiene anche ai metanogeni), Thermococci e Thermoplasmata. Molto interessante è la classe Thermoplasmata, in quanto i rappresentanti di questa classe, oltre ad essere ipertermofili, sono anche acidofili, ossia crescono a pH acidi, in questo caso a pH 2; addirittura, il genere Picrophilus, comprende due specie in grado di crescere a pH 0.

Lasciati gli Euryarchaeota, ci addentriamo nel secondo phylum, i Crenarchaeota.

Rappresentati da una sola classe, i Thermoprotei, sono anch’essi ipertermofili, e sono stati isolati da habitat vulcanici. Le temperature sopportate sono ovviamente molto alte, vanno infatti dai 90°C fino addirittura 121°C!

Immagino che a questo punto la vostra domanda sia “quale è il microrganismo che può sopportare una temperatura di 121°C, la temperatura a cui lavora normalmente un’autoclave in laboratorio?“

La risposta è Geogemma barossii, noto anche come Strain 121. Fu scoperto in una fonte idrotermale a circa 320 km di distanza dallo stretto di Puget, nello stato di Washington, USA. Prima della sua scoperta si pensava che qualsiasi microrganismo venisse ucciso a 121°C per 20 minuti alla pressione di 2 bar; questo dimostra quanto poco ancora sappiamo sul nostro pianeta.

Fig.2: tra i più resistenti, Geogemma barossii.

Per quanto riguarda il phylum Korarchaeota, non si sa ancora molto in quanto i suoi rappresentanti sono stati isolati soltanto in una cava calda di Yellowstone, e le colture non sono mai state pure. L’analisi delle sequenze dell’rRNA 16S ha però dimostrato univocamente come i Korarchaeota siano un phylum a sé stante.

Infine l’ultimo dei phyla riconosciuti: i Nanoarchaeota. Attualmente in questo phylum è presente una sola specie, Nanoarchaeum equitans. Questo piccolo Archaea è stato scoperto nel 2002 in Islanda da Karl Stetter, ed è un simbionte obbligato (o un parassita) di un altro Archaea: Ignicoccus (genere appartenente ai Crenarchaeota, che consta di 3 specie).

N. equitans cresce soltanto in simbiosi con Ignicoccus, a 90°C (massimo 98°C) e in anaerobiosi in presenza di zolfo. Il genoma di questo microrganismo è il più piccolo noto tra gli Archaea, solo 490 Kb, di cui il 95% codifica per proteine.

Fig.3: in questa immagine si può notare Ignicoccus (il microrganismo più grande) con due Nanoarchaeum equitans (i più piccoli).

Siamo dunque giunti al phylum che attualmente è soltanto una proposta: Taumarchaeota. Proposto nel 2008, non ha ancora una ufficialità, e come per tutti gli altri Archaea è stato ottenuto tramite analisi dell’rRNA 16S. Una caratteristica peculiare di questo gruppo è la presenza della topoisomerasi di tipo 1, un enzima che si credeva unico degli Eucarioti.

Insomma, in questo articolo abbiamo appena scalfito la superficie dello straordinario mondo degli Archaea. Spero abbiate intuito la complessità della classificazione di questi microrganismi, ma anche le incredibili doti della vita, capace di resistere a temperature di 121°C, pH 0 e concentrazioni di NaCl prossime alla saturazione. E tutto questo solo in base alle nostre attuali, ancora ridottissime, conoscenze. Chissà cosa si nasconde ancora su questo pianeta, in attesa di essere scoperto.

Andrea Borsa

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