Reporte biologia. Los líquenes como fuentes naturales de bacterias biotecnológicamente relevantes

Los líquenes como fuentes naturales de bacterias biotecnológicamente relevantes.

Resumen: La búsqueda de microorganismos a partir de nuevas fuentes y, en particular, simbiosis microbianas representa un enfoque prometedor en biotecnología. En este contexto, los líquenes se han convertido cada vez más en un tema de investigación en biotecnología microbiana, particularmente después del reconocimiento de que una comunidad diversa de bacterias distintas de las cianobacterias son un socio adicional del mutualismo entre algas y hongos tradicionalmente reconocido. Aquí, revisamos estudios recientes que utilizan enfoques dependientes e independientes de cultivos que muestran que los líquenes pueden albergar diversas familias bacterianas conocidas por la producción de compuestos de interés biotecnológico y que varios microorganismos aislados de líquenes, en particular actinobacterias y cianobacterias, pueden producir una serie de compuestos bioactivos, muchos de ellos con potencial biotecnológico.

Introducción: Recientemente, la Organización Mundial de la Salud (OMS) produjo un mapa global de la resistencia ante los antimicrobianos y emitió una advertencia de que un mundo post-antibióticos podría convertirse en realidad y ya ha comenzado (Woolhouse y Farrar 2014). Por lo tanto, la búsqueda de nuevos medicamentos de fuentes microbianas se encuentra actualmente en una encrucijada, donde, por un lado, se cree ampliamente que el descubrimiento de nuevos compuestos ha pasado su era de oro con muchas compañías farmacéuticas abandonando o reduciendo su investigación de productos microbianos naturales. y, por otro lado, la secuenciación genómica completa y la investigación metagenómica muestran que existe un gran número de “silenciosas” o nuevas vías biosintéticas (para revisiones ver Brady et al. 2009; Ochiand Hosaka 2013), que prometen conducir a nuevos compuestos bioactivos producidos a través de expresión heteróloga (por ejemplo, Chang y Brady 2013). La búsqueda continua de microorganismos de nuevas fuentes representa una estrategia efectiva hacia el descubrimiento de fármacos. En este contexto, las simbiosis microbianas son de particular interés, ya que cada vez más pruebas respaldan la hipótesis de que los compuestos bioactivos microbianos, como los utilizados como antibióticos, podrían estar involucrados en la comunicación microbio-microbio y microbio- huésped (Yim et al. 2007; Yoonand Nodwell 2014). Un ejemplo que respalda esta hipótesis es el hecho de que se han descubierto muchos compuestos bioactivos novedosos interesantes de origen microbiano en esponjas marinas, que se sabe que albergan comunidades microbianas simbióticas complejas (consulte Fuerst 2014 para una revisión).

Los líquenes son una simbiosis mutualista bien reconocida y autosuficiente entre una pareja fúngica dominante (micobionte) que proporciona refugio para una o varias algas verdes fotosintéticas y / o cianobacterias (fotobiontes) que forman una estructura simbiótica única, el talo del liquen (De Bary 1879; Frank 1876; Schendener 1860, revisado en Honegger 2000). Los hongos formadores de líquenes han evolucionado durante al menos 400 millones de años (Taylor et al. 1995). El tallo del liquen está bien adaptado a una amplia variedad de nichos ecológicos específicos, que a menudo incluyen condiciones ambientales extremas (p. Ej.,

Temperaturas extremas, desecación periódica, altos niveles de radiación UV). Al menos algunos de los mecanismos para hacer frente a estas condiciones extremas son de naturaleza química (por ejemplo, pantallas UV, crioprotectores, osmolitas) que proporcionan pistas e inspiración para el desarrollo biotecnológico. También parece que los compuestos alelopáticos del holobionte (Los holobiontes son entidades formadas por la asociación de diferentes especies que dan lugar a unidades ecológicas.) podrían desempeñar un papel en la persistencia de los líquenes. A pesar de las edades individuales estimadas de décadas a siglos, no hay informes de infecciones bacterianas destructivas en líquenes. La capacidad de producir una amplia gama de compuestos químicos interesantes ayuda a explicar el hecho de que los líquenes también se han usado históricamente como fuentes de pigmentos, perfumes, medicinas humanas, etc. (Rikkinen 1995).

Una serie de estructuras químicas se han asociado consistentemente con líquenes, y debido a su presencia en cultivos axénicos u otros hongos no liquenizantes, generalmente se acepta que son producidos por el micobionte. Estos incluyen repeticiones de ácidos aromáticos como el ácido orselínico que se cree que son sintetizados por las policétidas sintasas fúngicas no reductoras (Huneck y Yoshimura 1996; Robinson 1999), que se han recuperado directamente de los líquenes ( es decir, Grube y Blaha 2003; Muggia y Grube 2010; Schmitt et al. 2008). La diversidad de estos compuestos principales ha sido objeto de revisiones y catálogos recientes (Boustie y Grube 2005; Elix 2014; Molnár y Farkas 2010; Shrestha y St Clair 2013; Shukla et al. 2010; Stocker-Woergoetter 2008); por lo tanto, nos enfocaremos aquí en los compuestos producidos por otros microorganismos, en particular las bacterias, aunque no podemos descartar que estas bacterias también puedan estar involucradas en la biosíntesis o la conversión de los principales compuestos encontrados en los líquenes.

Bacterias cultivables de interés biotecnológico.

Si bien la presencia de microorganismos distintos del micobionte y el fotobionte en el liquen holobionte se conoce desde hace mucho tiempo mediante técnicas de aislamiento (Uphof 1925; revisado en Cardinale et al. 2006), solo recientemente se han llevado a cabo intentos sistemáticos para estudiar estos organismos. Un estudio temprano (González et al. 2005) publicado hace 10 años demostró claramente que los líquenes son fuentes de microorganismos bioactivos. Ese estudio se centró en las actinobacterias mediante el empleo de una estrategia de aislamiento dirigida que usa ácido nalidíxico (un inhibidor de bacterias gramnegativas), así como un tratamiento térmico antes del cultivo.

Se usó un medio estándar (extracto de malta de levadura) para aislar 25 muestras de líquenes terrestres de Hawai, Alaska y las Islas de la Reunión. Las especies de líquenes no se identificaron, y las muestras se clasificaron simplemente como saxicólicas (es decir, asociadas a rocas; seis de Alaska, cinco de Hawái) o arborícolas (es decir, asociadas a árboles; cinco de Hawái y nueve de las Islas Reunión). Se obtuvo e identificó un gran número de cepas en base a las huellas dactilares de ADN y el análisis de ácidos grasos. Entre estas cepas,

110 pertenecían a la familia Streptomycetaceae, conocida por producir compuestos bioactivos. Otras familias de actinobacterias también conocidas por la producción de compuestos bioactivos y algunas pertenecientes a los Actinomicetos “raros” sensu Subramani y Aalbersberg (2013), como Micromonosporaceae (142 cepas), Pseudonocardiaceae (30 cepas) y Thermomonosporaceae (7 cepas), también se aislaron. Estas cepas fueron examinadas para potencial genético para la biosíntesis (genes que se dirigen a PCR involucrados en policétidos, péptidos pequeños y biosíntesis de isoprenoides), así como actividad antimicrobiana (contra Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Candida albicans). Un alto porcentaje de cepas (más del 60%) contenía potencialmente al menos un grupo biosintético, y aproximadamente el 30% de las cepas tenían actividad antimicrobiana contra al menos uno de los microorganismos de la prueba.

Desde el estudio pionero de González et al. (2005)), muchos otros estudios se han centrado en las bacterias asociadas al liquen a través del cultivo. Varios de estos estudios se han dirigido a aislados o especies individuales, especialmente con fines taxonómicos o para la secuenciación genómica completa (Tabla 1). Se prestó un interés particular al potencial biotecnológico de las cepas, ya que en varios casos, el aislamiento seleccionado para Actinobacterias por adición de ácido nalidíxico (9 de 23 cepas). Finalmente, en algunos casos [Actinoplanes sp. ATCC55532 (Singh et al. 1997), Streptomyces uncialis (Davies et al. 2005), Streptomyces sp. (Motohashi et al. 2010), S. cyaneofuscatus (Brana et al. 2015) y Streptomyces sp. (Lavallee 2011)], el enfoque se centró principalmente en el descubrimiento de nuevas moléculas bioactivas, con la primera cepa descrita en una patente (Singh et al. 1997). Estas cepas se discutirán en una sección posterior. Es notable que en varios de estos estudios, solo hay una descripción pobre o una falta total de identificación de los líquenes fuente.

Una clase diferente de estudios basados en la cultura realizó más aislamiento integral de bacterias asociadas a líquenes, basando el aislamiento en criterios distintos a la bioactividad, y, a excepción de nuestro estudio reciente (Parrot et al. 2015) no tuvo como objetivo Actinobacterias (Tabla 2). Los resultados de estos estudios ofrecen una visión menos sesgada de la diversidad bacteriana cultivable asociada con líquenes, y está claro que ciertos filamentos bacterianos y clases, en particular Alphaproteobacteria y Gammaproteobacteria, Firmicutes y Actinobacteria, son frecuentemente aislado de líquenes (Cardinale et al. 2006; Grube y col. 2009; Selbmann y col. 2010). Adicionalmente, Los bacteroidetes parecen estar aislados de los líquenes marinos o litorales (Parrot et al.2015; Sigurbjornsdottir et al.2014).

Entre todos los aislamientos, muchos de ellos pertenecen a familias bacterianas.Se sabe que contienen cepas que producen compuestos bioactivos y enzimas de interés biotecnológico. tales como lipasas y proteasas y moléculas antagonistas (Tabla 2). En algunos casos, esto fue probado experimentalmente (Grube et al. 2009; Lee et al. 2014), mientras que en otros estudios estopotencial fue inferido por la presencia de genes involucrados en el biosíntesis de policétidos o 16S rRNA similar al conocido cepas bioactivas (Parrot et al. 2015). En el

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