Potencial biotecnológico de hongos aislados de ambientes asociados a Agave lechuguilla

Los hongos de los que te hablaremos en este artículo pertenecen al conjunto de microbios asociados al Agave lechuguilla, este agave es una planta que se utiliza en el noreste de México para obtener una fibra, que se le nombra comúnmente ixtle (Fig. 1). Solo se utiliza una parte de la planta (la fibra), lo demás se desperdicia, entonces los hongos que buscamos pueden usarse para convertir de manera biológica este residuo o guishe en compuestos más valiosos.

Figura 1. Proceso de tallado de Agave lechuguilla para la obtención del ixtle y guishe. Fotografías del equipo de trabajo (INIFAP, UAdeC, CIBNOR)

Para entender un poco mejor:

México es considerado el cuarto país con mayor diversidad biológica en el mundo, como consecuencia de su historia geológica, su ubicación geográfica y su accidentada topografía. Tiene una riqueza de especies vegetales que representa alrededor del 10-12% de la flora del mundo (Heredia-Acuña, 2014), en donde habitan cerca de 22 mil especies de plantas con flores, 11 mil (50%) de las cuales son endémicas (siempre se presenta en una población dentro de una misma área geográfica) (Villaseñor Ortíz, 2014); entre ellas se encuentran los Agaves.

El estudio de los microbios asociados a las especies de Agave es muy importante, ya que participan activamente en la asimilación e incorporación de nutrientes al suelo (lo que le ayuda a la planta), pero además pueden estudiarse por su potencial biotecnológico para transformar material vegetal para obtener otro tipo de compuestos muy interesantes para varios sectores industriales.

En un estudio realizado en 2020, López-Lozano evaluó las interacciones planta-microorganismo en zonas áridas; en este trabajo se caracterizaron a los microbios del suelo en el que se cultiva el Agave lechuguilla (A. lechuguilla) en el desierto de Chihuahua. Ahora sabemos, que los microorganismos más relevantes para el A. lechuguilla son actinobacterias (Plantactinospora, Streptomyces y Janibacter) y hongos filamentosos (Aspergillus, Trichoderma y Penicillium) como los que crecen sobre las tortillas o el pan.

Los hongos son capaces de transformar el material vegetal, porque tienen una maquinaria biológica impresionante, ¡son pequeñas fábricas! (Monclaro et al., 2021; Gupta et al., 2022). Pueden convertir la materia vegetal en compuestos químicos con acción: bactericida, fungicida y/o herbicida con aplicaciones prácticas en la agricultura (Gupta et al., 2022). Entonces, el uso de microorganismos, visto desde el punto de vista de un biotecnológo, es muy importante para que la biomasa vegetal sea más valiosa y así nos sea posible diseñar y obtener nuevos productos (Monclaro et al., 2021; Gupta et al., 2022), amigables con el ambiente.

Ahora bien, el A. lechuguilla es una de las especies más abundantes en las regiones áridas y semiáridas de México, y se usa para extraer fibras para elaborar cepillos, brochas y prendas de vestir, sin embargo, el 85% del material vegetal cosechado se desecha (Fig. 1). En algunos estudios, en el material de desecho (guishe), se han encontrado compuestos con actividad biológica (Morreeuw et al., 2021), que no han podido aprovecharse a nivel industrial por que los procesos para su extracción limitan la caracterización de los productos aprovechables, además de su obtención en grandes volúmenes. Con todo esto, durante nuestras investigaciones hemos aislado hongos endófitos, que quiere decir que viven con el A. lechuguilla, y que pueden ser usados para transformar el guishe y aumentar la disponibilidad de compuestos bioactivos con potencial de uso en diferentes aplicaciones agrícolas.

¿Y cómo lo hicimos?

Tomamos muestras al azar de guishe de diferentes zonas productoras de A. lechuguilla.  Estas zonas se localizan en el estado de Coahuila (Fig. 2). En cada una de las zonas se colectaron 500 gramos de guishe, que se llevaron al laboratorio para poder buscar a los hongos que nos interesaban.

Figura 2. Mapa de los sitios de muestreo.

Para el aislamiento de los microrganismos (actinomycetes y hongos) usamos 10 gramos de cada muestra. Remojamos los 10 gr de guishe con agua estéril y lo dejamos reposar. Al otro día colamos la pulpa, y parte del líquido de los vasitos lo colocamos en cajas petri con un medio específico para hongos y controlando la temperatura y la humedad para que los hongos crecieran de manera óptima. 

Después de varios días, revisamos los cultivos (Fig. 3) y seleccionamos los hongos que crecieron mejor y se veían solitos, sin ningún otro organismo alrededor. Para saber qué tan buenos son estos hongos convirtiendo el guishe en otras moléculas, los pusimos a crecer con el guishe en diferentes cantidades (principalmente con 50%), medimos su crecimiento (radial) y lo reportamos en milímetros (Figs. 3 y 4).

Figura 3. Crecimiento de cada una de las cepas aisladas del guishe de A. lechuguilla. A) cultivadas en medio con jugo de guishe al 50%; cultivadas en medio PDA.

Finalmente, nos quedamos con los hongos que crecieron mejor mientras había guishe en su ambiente, ya que esto significa que son capaces de usar los componentes del guishe para vivir y, muy probablemente, producir otros compuestos.

Figura 4. Comparación de las velocidades de crecimiento del las 10 depas de hongos aisladas de guishe. A) en medio PDA B) en medio con guishe al 50%.

Lo que encontramos

Después de trabajar en el laboratorio como lo comentamos antes, de cada una de las muestras pudimos obtener diferentes hongos aislados (cepas). En la Tabla 1 se muestra en la primera columna el número de cepa que le asignamos y en la columna 2 el origen del hongo aislado.

Figura 4. Comparación de las velocidades de crecimiento del las 10 depas de hongos aisladas de guishe. A) en medio PDA B) en medio con guishe al 50%.

Posteriormente, con base en observaciones a simple vista, usando un microscopio y basados en atlas y manuales de identificación taxonómica, se asignó la especie probable a cada una de las cepas (Tabla 1, columna 3); en algunos casos (cepa 1) no fue posible determinar una especie probable (Moore, 1996; Jennings, 1996). Con esta revisión ahora podemos decir que en el guishe de A. lechuguilla que usamos para estos experimentos se encuentran hongos de los géneros Penicillium spp, Trichoderma sp, Rhizopus sp, Aspergillus sp, Cladosporium sp, Mucor sp y Absidia sp.

Figura 4. Comparación de las velocidades de crecimiento del las 10 depas de hongos aisladas de guishe. A) en medio PDA B) en medio con guishe al 50%.

Tabla 1. Numero de cepa asignada, localidad y especie probable de los hongos aislados de guishe de A. lechuguilla.

Figura 4. Comparación de las velocidades de crecimiento del las 10 depas de hongos aisladas de guishe. A) en medio PDA B) en medio con guishe al 50%.

Lo más interesante de nuestros resultados, es que algunos de los hongos que encontramos son famosos y conocidos por degradar celulosa, que es uno de los componentes más importantes en las plantas, con esto estamos casi seguros de que estos hongos serán capaces de degradar al guishe para convertirlo en otros compuestos que podrían ser valiosos para la industria como, por ejemplo, los polifenoles y flavonoides, que pueden curar enfermedades de las plantas de manera que evitaríamos usar productos sintéticos. Además, todos los hongos que encontramos crecieron más y mejor cuando en el medio de crecimiento había 50% de guishe en comparación con el medio artificial (Papa-Dextrosa-Agar, acrónimo PDA) en el que solo había los nutrientes que estos necesitan (Fig. 4).

Figura 4. Comparación de las velocidades de crecimiento del las 10 depas de hongos aisladas de guishe. A) en medio PDA B) en medio con guishe al 50%.

Como conclusión, podemos decir que los hongos que aislamos son capaces de aprovechar al menos algunos componentes del guishe del A. lechuguilla y es posible que lo hagan para producir compuestos con valor para la industria. Sabemos que para poder concluir esto debemos hacer más investigación, pero eso, es otra historia.

Referencias

Heredia Acuña C., Alarcón A., Hernández Cuevas L. V., Ferrera Cerrato R., Almaraz Suárez J. J. (2014). Diversidad, ecología e importancia potencial de los hongos endófitos septados obscuros en México. Botanical Sciences, 92(3), 321-333.  Link: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-42982014000300001&lng=es&nrm=iso.

Villaseñor Ortiz J. (2014). Biodiversidad de las plantas con flores (División Magnoliophyta) en México. Revista Mexicana de Biodiversidad, 85:S134-S142. Doi: https://doi.org/10.7550/rmb.31987.

López Lozano N. E., Echeverría Molinar A., Ortiz Durán E. A., Hernandez Rosales M., Souza, V. (2020). Bacterial diversity and interaction networks of Agave lechuguilla rhizosphere differ significantly from bulk soil in the oligotrophic Basin of Cuatro Cienegas. Frontiers in Plant Science, 11:1028. Doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.01028.

Monclaro V., Caio de Oliveira Gorgulho Silva, Rocha Gómez H. A., Ríos de Souza Moreira L., Ferreira Filho E. X. (2022). The enzyme interactome concept in filamentous fungi linked to biomass valorization. Bioresource Technology, 344(A):126200. Doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126200.

Gupta V.K., Kubicek C.P., Berrin J.G., Wilson D.W., Couturier M., Berlin A., E.X.F. Filho, T. Ezeji. (2016). Fungal Enzymes for Bio-Products from Sustainable and Waste Biomass. Trends Biochem. Sci. 41(7):633-645.  Doi: 10.1016/j.tibs.2016.04.006

Morreeuw, Z. P., Escobedo-Fregoso, C., Ríos-González, L. J., Castillo-Quiroz, D., Reyes, A. G. (2021). Transcriptome-based metabolic profiling of flavonoids in Agave lechuguilla waste biomass. Plant Science, 305:110748. Doi: 10.1016/j.plantsci.2020.110748

Jennings D.H., Lysek G. (1996). Fulngal biology. Understanding the fungal lifestyle. Bioscientific publishers. United Kingdom UK. ISBN 13: 978-1-4051-3066-0

Moore E. L. (1996). Fundamentals of the Fungy. Prentice Hall. New Jersey. ISBN 

9780133768640 y 0133768643