Efecto de los estímulos del medio sólido: contacto directo con el aire y estímulo del soporte, en la producción de lovastatina por Aspergillus terreus
La producción convencional de lovastatina y otros metabolitos secundarios se ha llevado a cabo mediante la FL, sin embargo en años recientes, los investigadores han mostrado un creciente interés por la FS, como una alternativa a la FL. Lo anterior debido a que se pueden utilizar sustratos económicos...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2014 |
| País: | México |
| Institución: | Universidad Autónoma Metropolitana |
| Repositorio: | Repositorio Institucional de la UAM Iztapalapa |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:bindani.izt.uam.mx:v692t6456 |
| Acceso en línea: | https://doi.org/10.24275/uami.v692t6456 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | info:eu-repo/classification/LEM/Biotechnology info:eu-repo/classification/LEM/Aspergillus terreus info:eu-repo/classification/LEM/Fermentación en medio sólido info:eu-repo/classification/LEM/Biotecnología info:eu-repo/classification/LEM/Solid-state fermentation info:eu-repo/classification/LEM/Lovastatina info:eu-repo/classification/LEM/Fungi info:eu-repo/classification/LEM/Hongos info:eu-repo/classification/cti/6 |
| Sumario: | La producción convencional de lovastatina y otros metabolitos secundarios se ha llevado a cabo mediante la FL, sin embargo en años recientes, los investigadores han mostrado un creciente interés por la FS, como una alternativa a la FL. Lo anterior debido a que se pueden utilizar sustratos económicos, se requiere poco procesamiento y se utiliza menos potencia. Un factor muy importante es que presentan altas productividades y rendimientos generalmente más altos que en FL. Además, existen metabolitos secundarios que sólo pueden producirse en FS, a pesar de que el hongo productor también crece en FL Otras ventajas que presenta la FS es la baja actividad del agua, que ayuda a evitar las contaminaciones además de que genera menos efluentes. La FS se caracteriza también por poder utilizar altas concentraciones de sustrato que permite utilizar reactores más pequeños en comparación con los utilizados en otro tipo de fermentación, debido a todas estas ventajas la FS es un método de cultivo alternativo que se ha vuelto cada vez más atractivo para la investigación y para la industria. A pesar de que las principales ventajas de La FS provienen de un comportamiento diferente al presentado en FL, la fisiología especial que presentan los microorganismos en FS no está bien caracterizada, aunque ya se ha acuñado el término de fisiología del medio sólido. De hecho, son poco conocidos los estímulos que el hongo percibe al encontrarse en medio sólido, y que inducen una fisiología diferente. La FS presenta diferencias significativas con la FL, la más importante y la más atractiva es la sobreproducción que presenta de enzimas y metabolitos secundarios. Sin embargo para poder aplicar y desarrollar sistemas de fermentación que aprovechen las particularidades de la FS es necesario comprender qué estímulos son los que propician las altas producciones además de las diferencias fisiológicas que surgen durante el crecimiento de células microbianas en los dos tipos de sistemas de cultivo. En un trabajo anterior del grupo se identificó al contacto directo con el aire como el estímulo de más impacto en la producción de lovastatina, y en segundo lugar a los estímulos generados por el soporte. En otro trabajo previo del grupo, se encontró una acumulación de especies reactivas de oxígeno (EROs) durante la idiofase en ambos sistemas de cultivo. Más tarde, se demostró que las EROs regulan, a nivel transcripcional, los genes de lovastatina, encontrando que estos niveles eran más bajos y más constantes en FS. Esos niveles de EROs estaban aparentemente relacionados con el estímulo de contacto directo con el aire en FS. Quedaba la pregunta de cómo incide el nivel de aireación en FS sobre este la acumulación de EROs. Esta tesis se dedicó al estudio de estímulos de la FS: contacto directo con el aire y del soporte, así como a la aplicación de estos en FL. También se estudió el mecanismo por el que las EROs regulan la producción de lovastatina en A. terreus. Esto se realizó a través del silenciamiento de uno de los factores transcripcionales de respuesta a estrés oxidativo. En el presente trabajo se estudio cómo la aireación influye en la acumulación de EROs, demostrándose que la forma general del perfil de acumulación de EROs, en la FS de lovastatina, es independiente del grado de aireación. Además se estudió este efecto en diferentes tipos de FS: en soporte inerte artificial (espuma de poliuretano) y soporte inerte natural (bagazo de caña). También en el soporte más utilizado en la industria, que es FS en sustrato sólido (salvado de trigo). Los resultados demostraron que, en cualquier sistema de FS (en soporte inerte o en sustrato sólido), a mayor nivel de aireación hay una menor acumulación de EROs, con lo que se obtiene una menor producción de lovastatina, pero una mayor generación de biomasa. Otro aspecto que este trabajo abordó fue el estudio de la adición, en la FL, de estímulos de la FS: el soporte, el contacto con el aire y la adición de peróxido de hidrogeno (Agente oxidante). Se comprobó que éstos logran inducir en cierto grado, la fisiología del medio solido provocando un aumento en la producción de lovastatina en la FL. En la adición de soporte a la FL se demostró que la cantidad de biomasa en el cultivo líquido depende de la cantidad de soporte que se añade. También se encontró que a menor tamaño de partícula de soporte utilizada, se obtiene una mayor cantidad de biomasa y por lo tanto una mayor producción de lovastatina (volumétrica). Cabe destacar que en todos las condiciones (o sistemas) ensayados de soporte en FL, la producción específica fue muy superior (de 49 - 88 g/mg biomasa) a la encontrada en FL (29 g/mg biomasa), lo cual indica un cambio en la fisiología. En cuanto a la producción volumétrica, todos los sistemas, excepto uno, mostraron una mayor producción que la de FL (de 537 a 1,195 g/mL. El que produjo menos, fue ligeramente menor que el control de FL, pero fue el que tenía muy poca cantidad de soporte (1B) por lo que sólo se produjo un tercio de la biomasa del control. Por otro lado, con la adición de peróxido de hidrógeno a la FL se logró adelantar la acumulación de EROs y en consecuencia adelantar la biosíntesis de lovastatina. Esto confirma que las EROs regulan la biosíntesis de lovastatina. Debido al papel que juegan las EROs en la fisiología de los organismos como segundos mensajeros en las vías de transducción de señales, en la presente tesis se consideró que Yap1p puede ser el nexo entre las EROs y los genes de lovastatina. Para evaluar esta hipótesis, se silenció el gen atyap1, a través de un sistema de RNAi, que ha demostrado ser una herramienta rápida y efectiva para suprimir la expresión de un gen de interés. El silenciamiento del gen atyap1 provocó: la disminución de la expresión del gen atyap1, pero también la de sod1. Esto ocasionó el Inicio precoz e incremento en la acumulación de EROs. Así, la cepa silenciada (Δatyap1) presentó sensibilidad a estrés oxidativo, el adelanto e incremento de la expresión del gen lovE, y el inicio precoz e incremento en la producción de lovastatina debido a que produce, aunque a una tasa similar, pero por más tiempo. Resulta importante que la cepa Δatyap1 mostró un incremento en la producción de lovastatina de 70 % en FS y también 60 % en FL. Esto demuestra que Yap1 (AtYap1) no es un regulador positivo de los genes de lovastatina. Por otro lado, el adelanto en la acumulación de EROs también adelantó e incrementó la expresión de brlA, lo cual ocasionó el inicio precoz y un aumento importante de la esporulación. Esto siguiere que Yap1 podría estar actuando como un regulador negativo de lovE y los genes de biosíntesis, así como de brlA (y así a los genes relacionados con la esporulación) en A. terreus. Pero regula positivamente a los genes que combaten la acumulación de EROs como sod1. Así, el factor transcripcional Yap1p podría ser el nexo entre las EROs y la lovastatina. Sin embargo, también es posible que esto sea un efecto indirecto debido a la acumulación prematura de EROs, induciendo la lovastatina por medio de otro factor transcripcional de respuesta a estrés oxidativo. Con estos resultados se obtuvo una visión más amplia e integrada de la fisiología del medio sólido, e incluso parte de la fisiología y mecanismos moleculares en medio líquido que no se conocen. |
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