Un análisis multiómico de cinco especies identificó respuestas específicas al rastrojo de maíz y la cáscara de soja, con posibles aplicaciones en biocombustibles y bioproductos
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Eduardo Schmitz
Un equipo científico internacional comparó cómo cinco especies de hongos descomponen dos residuos agrícolas abundantes: el rastrojo de maíz y la cáscara de soja. La investigación, difundida por el Environmental Molecular Sciences Laboratory de Estados Unidos, mostró que cada microorganismo activa combinaciones particulares de genes, proteínas y rutas metabólicas según el material disponible y el tiempo transcurrido.
Los resultados amplían el conocimiento sobre la degradación de la lignocelulosa, estructura resistente que constituye buena parte de las hojas, tallos y raíces vegetales. Comprender ese proceso puede contribuir al desarrollo de sistemas biológicos capaces de convertir subproductos del campo en combustibles, sustancias químicas y otros materiales de valor agregado.
Cinco hongos frente a dos residuos agrícolas
El estudio examinó Aspergillus niger, Aspergillus nidulans, Penicillium subrubescens, Trichoderma reesei y Phanerochaete chrysosporium. Las cuatro primeras especies pertenecen al grupo de los ascomicetos, mientras que la última es un basidiomiceto de pudrición blanca conocido por su capacidad para actuar sobre componentes resistentes de la madera.
Los investigadores cultivaron los hongos en medios que contenían un 1% de rastrojo de maíz o cáscara de soja. Después recogieron muestras a las 4, 24 y 48 horas, con tres réplicas biológicas, para observar cómo cambiaba la respuesta de cada especie durante las primeras etapas de utilización de la biomasa.
Los dos materiales plantean desafíos diferentes. El rastrojo de maíz contiene una proporción comparativamente mayor de xilano, mientras que la cáscara de soja presenta más pectina. Esa composición influyó en las herramientas moleculares desplegadas por los microorganismos para liberar y aprovechar los azúcares contenidos en las paredes celulares.
Genes, enzimas y metabolitos siguieron patrones propios
La investigación integró transcriptómica, proteómica y metabolómica. Estas técnicas permitieron estudiar simultáneamente la expresión de genes, la producción de proteínas y la aparición de metabolitos, en lugar de evaluar una sola etapa del proceso de degradación.
Las cinco especies activaron genes relacionados con enzimas que actúan sobre carbohidratos, conocidas como CAZimas, cuando crecieron sobre residuos vegetales en comparación con un medio de glucosa. Sin embargo, la intensidad y el momento de las respuestas variaron de acuerdo con el hongo y el sustrato.
Incluso dos especies próximas mostraron estrategias diferentes. Aspergillus niger expresó más genes vinculados con la degradación de pectina al crecer sobre cáscara de soja. En Aspergillus nidulans, la respuesta temprana al rastrojo de maíz incluyó genes asociados con la transformación de celulosa, xilano, xiloglucano y manano.
En Phanerochaete chrysosporium, los científicos detectaron una respuesta transcriptómica relativamente limitada entre sustratos durante las primeras cuatro horas, con 68 genes expresados de manera diferencial. No obstante, encontraron 159 proteínas producidas en cantidades distintas, una señal de que la actividad biológica no siempre puede deducirse únicamente mediante la lectura de los genes.
Una guía para aprovechar la lignocelulosa
El análisis conectó la actividad de las enzimas degradadoras con transportadores de azúcares, procesos metabólicos internos y factores de transcripción. Esa visión integrada ayuda a identificar qué componentes de cada sistema fúngico podrían seleccionarse o modificarse para procesar materias primas con composiciones determinadas.
La lignocelulosa es difícil de transformar porque la celulosa y la hemicelulosa se encuentran asociadas con lignina y otros componentes que limitan el acceso enzimático. Los hongos resuelven ese obstáculo mediante conjuntos de enzimas y mecanismos regulatorios que no son idénticos entre especies. Por ello, los resultados desaconsejan asumir que existe una estrategia fúngica universal aplicable a cualquier residuo.
La utilización controlada de microorganismos ya se estudia en otros ámbitos productivos. En Brasil, investigadores evalúan la fermentación de residuos agroindustriales para producir ingredientes destinados a la alimentación de peces. Aunque los objetivos y procesos son diferentes, ambas líneas muestran que la elección del microorganismo y del sustrato determina las características del producto obtenido.
Aplicaciones potenciales y límites del estudio
La información podría servir para diseñar hongos o consorcios microbianos adaptados a diferentes corrientes de residuos agrícolas. Una plataforma optimizada para cáscara de soja, por ejemplo, no necesariamente tendría el mismo rendimiento sobre rastrojo de maíz debido a las diferencias de composición y regulación molecular.
Las posibles aplicaciones incluyen la obtención de biocombustibles, productos bioquímicos y materiales derivados de carbono renovable. Para el sector agropecuario, este enfoque plantea oportunidades de valorización de residuos que actualmente pueden quedar subutilizados, aunque su viabilidad dependerá del pretratamiento, el rendimiento de conversión, los costos energéticos y la posibilidad de operar a escala.
El trabajo se desarrolló bajo condiciones controladas de laboratorio y se concentró en las primeras 48 horas de respuesta. Por esa razón, no establece cuál de las especies sería más rentable en una planta industrial ni cuantifica beneficios económicos o ambientales. Esas preguntas requieren ensayos de mayor duración, procesos piloto y evaluaciones completas del ciclo de vida.
Los hongos participan en la dinámica del suelo y el carbono
Además de su interés biotecnológico, la investigación ayuda a explicar el papel ecológico de los hongos. Estos organismos intervienen en la descomposición de restos vegetales y en la circulación del carbono entre la biomasa, el suelo y la atmósfera. Las diferencias observadas indican que la composición de las comunidades fúngicas puede influir en la velocidad y en las rutas mediante las cuales se transforma la materia orgánica.
La relevancia de esas comunidades quedó reflejada en otra investigación sobre cómo seis años de sequía modificaron el microbioma del suelo. Ese seguimiento detectó cambios en bacterias, hongos y protistas, además de una disminución de genes relacionados con la circulación del carbono, el nitrógeno y el azufre.
El manejo del terreno también condiciona el ambiente donde operan estos microorganismos. Los trabajos sobre la recuperación productiva de suelos arenosos muestran que la estructura, la humedad y la materia orgánica deben considerarse conjuntamente para sostener las funciones biológicas y la fertilidad agrícola.
El estudio fue publicado en la revista MicrobiologyOpen con el título “Multi-Omics Analyses Reveal Divergent Molecular Mechanisms Underlying Plant Biomass Conversion by Five Fungi”. El trabajo utilizó recursos del programa Facilities Integrating Collaborations for User Science, que reúne capacidades del Joint Genome Institute y del Environmental Molecular Sciences Laboratory, instalaciones científicas del Departamento de Energía de Estados Unidos.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Environmental Molecular Sciences Laboratory
MicrobiologyOpen
