¡Hya!¡Fusión! o de cómo fusionar dos hongos (y sus respectivos metabolismos)

Uno de los mayores problemas a los que se enfrentan los ingenieros ambientales, los ingenieros químicos, los microbiólogos y demás profesionales que trabajan con residuos y contaminación, es la presencia de ciertas sustancias conocidas como recalcitrantes, es decir, difíciles de degradar. Una de estas sustancias xilano es el que aparece como parte de los residuos procedentes de los vegetales, como las maderas, y que forman parte de los conocidos como residuos lignocelulósicos. Para resolver el problema de su difícil procesado hasta ahora se hacían tratamientos químicos, caros y altamente contaminantes, pero ha aparecido una solución: el tratamiento enzimático.

Schizosaccharomyces pombe

Hay dos tipos de enzimas que atacan a los xilanos, la endo-β-xilanasas y las β-D-xilosidasas. El xilano pertenece a la familia de los polímeros, es decir, moléculas formadas por la repetición de moléculas más sencillas, conocidas como monómeros. La misión de estas enzimas consiste en dejar al descubierto los azúcares (sus monómeros) que forman el xilano para que puedan ser utilizados para ser fermentados, lo cual se conoce como sacarificación). Por tanto, nos encontramos ante un proceso, que está actualmente muy de moda conocido como sacarificación y fermentación simultánea. Además las levaduras son preferidas sobre las bacterias para trabajar en la industria por sus resistentes paredes celulares y su gran tamaño, lo que las hace más resistentes a emborr… digo al etanol.

Lentinula edodes

En este caso se decide aplicar una estrategia muy arriesgada: la fusión de protoplastos (células que no poseen pared celular). Esta técnica consiste en juntar dos células de organismos diferentes y fusionarlas, literalmente, para generar un nuevo organismo que tendrá características de ambos, como los metabolismos, que se entrelazan pudiendo degradar diferentes sustratos o generar nuevos productos. Los organismos que se deciden fusionar son por un lado la levadura Schizosaccharomyces pombey la seta (qué poco científico soy a veces) Lentinula edodes.

Esto es un pellet

Para la fusión de protoplastos se cultivaron por un lado la S. pombe durante 48 horas a 30ºC y se trataron con un extracto de un hongo productor de enzimas que rompen la pared celular. Las setas de L. edodes, por otro lado se diseccionaron hasta dejar fragmenos pequeños y se incubaron a 30ºC para que se acostumbrara a la temperatura de desarrollo de la levadura. El paso siguiente es sembrar en placa de Petri y de ahí tomar muestras, centrifugarlas por separado, para que se nos queden las células en forma de pellet  en el fondo del eppendorf. De ahí añadimos de nuevo el extracto de enzima degradadora de pared que hablamos y tratamos ambas muestras. Así es cómo se generan los protoplastos.

Comparación entre la levadura,
el hongo y el fusante

Llega el momento de hacerlos fusionar. Para ello se hace una mezcla 1:1 de los dos tipos celulares, es decir, el mismo número de células de cada especie. Se mezclan y se centrifugan de forma que quede un pellet. Se le añade una solución que contiene PEG (sé qué en vuestra cabeza está sonando lo siguiente “PEG, PEG… ¿de qué me suena?”. Pues coged, dejad el ordenador, id al baño y mirad la etiqueta del gel, o del champú… o de cualquier producto de higiene) o polietilenglicol, una sustancia que fluidiza las membranas. Tras esto se centrifuga y se siembra en un hueco que se hace en una placa con agar especial, conocido como agar de regeneración. Se añade otra capa de este agar formando una especie de sándwich de protoplastos (reconoced que queréis probarlo vosotros también). Se dejan que crezcan a 30ºC durante 2-3 días y después con un microscopio se seleccionan y se vuelven a sembrar. Se repite este ciclo diez veces, para asegurarnos que tenemos células estables, que llamaremos fusantes. Se observa que la morfología de estas células nuevas no corresponde con las anteriores, ya que parecen levaduras elongadas, pero que se unen formando pseudomicelios, como haría una hongo.

Ya tenemos nuestro nuevo organismo, y ahora lo que queremos es analizar dos cosas: por un lado la capacidad que tiene de asimilar diferentes fuentes de carbono y, por otro lado, que capacidad tiene para la síntesis de polioles. Se usaron 28 fuentes de carbono distintas en este estudio y se observó que la levadura inicial podía usar 8 de ellas, mientras que el fusante podía usar las 28. Además con 15 de ellas podía generar gases, mientras que la levadura sólo podía usar 5. Se centraron particularmente en tres fuentes de carbono: glucosa, xilano y xilosa.

·         En el caso de la glucosa se alcanzó una concentración de biomasa (la masa que presentan las células) de 20.12 g/L. Además, sorprendentemente… se produjo etanol, hasta una concentración de unos 80 g/L. También, ya que el bicho estaba por sorprender, a partir del sexto día comenzó a producir arabitol, hasta unos límites de 8.56 g/L.

·         La xilosa, por otro lado, al ser usada como fuente de carbono permitió alcanzar un nivel de biomasa de 18.23 g/L, ligeramente menor que el conseguido con glucosa. Como consecuencia del metabolismo de esta sustancia se produce xilitol, un poliol usado como edulcorante, pero tras pasar un tiempo se comienza a consumir. Por otro lado, también se produce arabitol, alcanzando valores que rondan unos 19 g/L.

Pero el punto más fuerte de este experimento es el uso de xilano, una sustancia recalcitrante como ya dije y, por tanto, difícilmente degradable. Nuestro fusante es capaz de romper estos enlaces (hidrolización) para obtener la xilosa y usarla como fuente de carbono para alimentarse. Usando esta fuente de carbono alcanza unos valores similares a los que se mencionó antes, es decir, unos 18.10-18.40 g/L. Se produce arabitol hasta alcanzar una cota de 63.78 g/L (vamos, lo que viene a ser un pasote) y de xilitol superando los 60 g/L también, pero, como todo en esta vida, no todo va a ser un campo de rosas, y obtenemos una producción nula de etanol.

Complementariamente a este último experimento se indagó si sería el fusante capaz de utilizar como fuente de carbono residuos agrícolas, como restos de maíz o de arroz, obteniendo un rendimiento similar al anteriormente mencionado

Concluyendo… este bicho, este híbrido interespecífico ha venido al mundo a revolucionarlo. Come de todo lo que le echen y encima, nos produce sustancias de interés, polioles. Oye, ¿qué queréis que os diga? Yo me lo quedo.

Fuente: Construction of an intergeneric fusion from Schizosaccharomyces pombe and Lentinula edodes for xylan degradation and polyol production. Cheng-Chang Lin et al. Enzyme and microbial technology (2005)