Archaea , uno de los tres dominios de la vida, es un grupo muy diverso de procariotas que incluye varios extremófilos. [1] Uno de estos extremófilos ha dado lugar a un nuevo apéndice muy complejo conocido como hamus ( pl.: hami ) . A diferencia de los apéndices procariotas bien estudiados pili y fimbriae, aún queda mucho por descubrir sobre los apéndices arqueológicos como el hami. [2] Los apéndices cumplen múltiples funciones para las células y a menudo están involucrados en la unión, la conjugación horizontal y el movimiento. El apéndice único se descubrió al mismo tiempo que la comunidad única de arqueas que los produce. La investigación sobre la estructura del hami sugiere que su función principal ayuda en la unión y la formación de biopelículas . Esto se logra debido a sus espinas colocadas uniformemente, estructura helicoidal y extremo con púas. [3] Estos apéndices son resistentes al calor y al ácido, lo que ayuda a la capacidad de la célula para vivir en ambientes extremos. [4]
En 1977, las arqueas, entonces conocidas como arqueobacterias, fueron descubiertas por primera vez cuando Carl Woese y George Fox publicaron sus hallazgos en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, afirmando que estos organismos estaban distantemente relacionados con las bacterias . Esto revolucionó la biología en los tres dominios de la vida conocidos hoy en día: Bacteria, Eukarya y Archaea. [5] Al verificar las proporciones de isótopos biogénicos que son únicos para diferentes metabolismos, los científicos han datado las arqueas hasta 2.500 millones de años atrás. Debido a que el oxígeno era un oligoelemento en la atmósfera en este momento, se cree que la metanotrofia anaerobia de las arqueas precedió a la metanotrofia aeróbica bacteriana. Al estudiar los árboles filogenéticos , las bacterias evolucionaron a partir del último ancestro común universal o LUCA , mientras que las arqueas y los eucariotas se consideran linajes hermanos porque comparten un último ancestro común que es más reciente que LUCA. [6]
Las arqueas, al igual que otros microorganismos, poseen una variedad de apéndices extracelulares para facilitar funciones importantes como la motilidad, la adhesión celular y la transferencia de ADN . A diferencia de las fimbrias y los pili, cuya composición y función están bien definidas entre las especies bacterianas, los hami pertenecen a una clase relativamente nueva de apéndices celulares filamentosos exclusivos de las arqueas. [7] Las células de las arqueas pueden tener hasta 100 hami, que se componen principalmente de subunidades de 120 kDa. Cada hamus (hami en plural) tiene forma helicoidal con muchas proyecciones en forma de gancho en el extremo distal, que se supone que ayudan a la adhesión a superficies dentro del entorno o a la formación de biopelículas.
Las células arqueales que poseen hami parecen crecer solo en ambientes acuáticos relativamente fríos alrededor de 10 grados Celsius, lo que podría sugerir una función particular que aún no se ha definido. [9] Una posible explicación para esta observación podría ser la relación que tienen las células arqueales, SM1 euryarchaeon , que poseen hami con Thiothrix, un tipo de bacteria oxidante de azufre que se encuentra típicamente en condiciones similares. Las células arqueales portadoras de hamus a veces forman comunidades macroscópicamente visibles con Thiothrix o IMB1 ε- proteobacterium, llamadas collar de perlas. [9] Thiothrix e IMB1 ε- proteobacterium son bacterias filamentosas que parecen formar la capa exterior de la perla, así como los hilos que conectan estas perlas entre sí. Dentro de las perlas, parece que la arquea SM1 euryarchaeon forma la mayor parte del núcleo. [4] La investigación ha demostrado que SM1 euryarchaeon usa el hamus para ayudar en la formación de biopelículas. [2] La formación de comunidades de collares de perlas sugiere una dependencia mutua para el intercambio de nutrientes, aunque la totalidad de esta relación única aún debe establecerse. [10] Se descubrió otra biopelícula productora de hami que era diferente de la formación de perlas de collar. Esta biopelícula consiste casi en su totalidad de arqueas SM1, lo que la convierte en la primera biopelícula encontrada de esta naturaleza, ya que no se ha encontrado ninguna otra biopelícula con una composición casi pura de arqueas. [4] Esta biopelícula tiene una estructura altamente organizada con distancias entre células que son excepcionalmente consistentes. Los científicos especulan que los hami no solo son responsables de las fuertes uniones encontradas en la formación de la biopelícula, sino también de esta estructura altamente intrincada y específica. [4] Es posible que aún no se hayan descubierto o cultivado otras células arqueales que posean hami.
Los apéndices de las arqueas cumplen una variedad de funciones y proporcionan a las células de las arqueas múltiples capacidades únicas y esenciales. Los hami desempeñan un papel importante en la adhesión celular. Estos apéndices permiten que las células se adhieran entre sí, así como a su entorno. Cuando los filamentos de hami de una célula entran en contacto con una célula vecina, los hami pueden enredarse y producir una estructura similar a una red entre las células. [11] Esto ayuda a formar y mantener la biopelícula. Las células también utilizan los hami en biopelículas o individualmente para adherirse a superficies ambientales externas. Se ha demostrado que se adhieren a sustancias con composiciones químicas variables, incluidas las de naturaleza inorgánica. [2] Los hami también pueden contribuir al EPS de la célula como parte del componente proteico principal del EPS. [12]
Una faceta interesante de estos hami es que su proteína de 120 kDa les permite permanecer estables en un amplio rango de temperaturas. Un experimento de investigación descubrió que los hami eran estables a 70 grados C y señaló que el hallazgo era curioso ya que las únicas células productoras de hami conocidas actualmente viven a 10 grados C. También se observó que estos hami eran estables en un rango de pH significativo de 0,5 a 11,5. [4] Las arqueas son conocidas como extremófilas y viven en entornos extremos, pero esta capacidad de permanecer estables en un amplio rango de pH y temperatura hace que los hami tengan estructuras muy únicas. De manera similar, esto lleva a la posibilidad de que los hami arqueológicos puedan existir en otras biopelículas aún por descubrir fuera del rango de temperatura de 10 grados C y en varios rangos de pH.