Análisis comparativo del secretoma del halófilo aspergillus sydowii: estrategias de halofilia y bioprospección de enzimas lignocelulolíticas en condiciones de hipersalinidad

.RESUMEN La energía que se consume en el planeta en su mayoría provine de fuentes no renovables como los combustibles fósiles, los cuales actualmente reflejan un notable descenso en sus reservas. La Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) en el 2018 estimó que el consumo diario de crudo oscila 1,59 millones de barriles por día, y prevé que la demanda para este año aumentará hasta 60,000 millones de barriles diarios. Este consumo refleja la demanda de la población mundial para transformar recursos naturales en productos de bienes y consumo, los cuales puedan satisfacer la creciente población actual estimada en 7,350 millones de habitantes (Erken, 2019). Es por ello, que se deben buscar nuevas alternativas de energía que para sostener las demandas de la población, sin generar consecuencias negativas al medio ambiente (UNFPA, 2017). La biomasa es un residuo agrícola o forestal que constituye una fuente vegetal con un alto potencial de aprovechamiento de azúcares con miras a la producción de bioetanol lignocelulósico (Montes et al., 2012). Es importante mencionar que países en vías en desarrollo, como por ejemplo Brasil, India y México, se enfocan en el manejo de este tipo de materia prima, por lo cual la producción de etanol no compromete la alimentación básica de la población (Álvarez, 2009). El manejo de rastrojos agrícolas para la obtención de bioetanol implica el pretratamiento o sacarificación de la biomasa mediante métodos físicos (presión, pirólisis, trituración), químicos (ácidos fuertes, hidróxido de sodio, cloruro de calcio, etc.) y biológicos, o en muchas ocasiones mediante la combinación de varios de estos métodos (Giraldo, 2012). La problemática en el uso del técnicas químicas o físicas radica en la generación de residuos contaminantes como CO2 e hidroximetilfurfural, este ultimo tóxico para levaduras, microorganismos que realizan posteriormente la fermentación para la obtención de etanol (Viñals, 2012). Además, estos métodos frecuentemente demandan altas temperaturas, que oscilan en el rango de 100 a 700°C (Oliva, 2003) 2 lo cual impone un alto costo energético y declina sustancialmente su valor ambiental (Giraldo, 2012). Por su parte, los métodos biológicos generalmente no generan costo elevados por que no requieren la aplicación de altas temperaturas, y tampoco producen residuos contaminantes. Habitualmente estas herramientas son aplicadas mediante el uso de bacterias y hongos (García et al., 2014). Estos microorganismos han tomado una gran importancia debido a la fácil accesibilidad de sus cultivos, y también se caracterizan por tener excelentes propiedades como productores de enzimas degradadoras de lignocelulosa (Batista et al., 2014). Por ejemplo, los hongos ascomicetos se caracterizan por llevar a cabo la “degradación blanca” de la biomasa vegetal, mineralizando la lignina e hidrolizando la celulosa y hemicelulosa en monómeros simples que servirán como materia prima para las biorefinerías (Morales de la rosa, 2015). Con base en lo anterior se pueden proponer diferentes métodos de sacarificación, donde se combinen los métodos biológicos con un sistema de pretratamiento físico para lograr mayores rendimientos de azúcares fermentables. En muchas ocasiones los métodos físicos y químicos emplean sales o hidróxidos de metales con actividad caotrópica, como por ejemplo, cloruro de sodio (NaCl), hidróxido de sodio (NaOH), cloruro de calcio (CaCl2), clorito de sodio (NaClO2) entre otros, para el pretratamiento de la biomasa (Palomar et al., 2015). Generalmente estos compuestos que coordinan átomos de Na son aplicadas en concentraciones que oscilan entre 1 y 20%, para facilitar la hidrólisis química de la hemicelulosa y celulosa en una extensión mayor al 80%, lo cual genera modificaciones en la estructura cristalina de estos polímeros rompiendo las interacciones mediante por puentes de hidrógeno y las interacciones covalentes inter e intracatenarias (Guarnizo et al., 2009). Debido a la aplicación de estos compuestos un inconveniente de los procesos químicos es que pueden generar como producto final, sustratos lignocelulósico con valores ácidos de pH, y elevados residuos de salinidad (>20% Na), lo cual puede resultar en la inhibición de la actividad de 3 enzimas de organismos que fermentan los azúcares producto de la hidrólisis, así como la inhibición del crecimiento de muchos microorganismos (Folch et al., 2004). En la actualidad la caracterización fisiológica y molecular de organismos halotolerantes, en particular de sus proteínas haloestables ha ganado gran importancia en la búsqueda de enzimas con potencialidades de operación en ambientes hipersalinos, con concentraciones de NaCl superiores a 0.5 M (salinidad del agua de mar) (Hernández et al., 2002). Aspergillus sydowii H1 fue aislado en el laboratorio de Biología Molecular de Hongos en el año 2014 por Batista y colaboradores . Este organismo fue definido como un hongo halófilo, y fue aislado de bagazo de caña suplementado con 2 M de NaCl. Como parte de la caracterización de esta cepa, se examinó su crecimiento en diferentes condiciones concentraciones de NaCl (0, 0.5, 1, 1.5 y 2 M) observando que la velocidad específica de crecimiento resultó óptima entre 0.5 y 1.5 M de NaCl. Esta cepa fue capaz de crecer sobre un amplio rango de sustratos lignocelulósico como paja de trigo, rastrojo de olote, fibras de agave y aserrín, entre otros (Batista et al ., 2014). Una primera caracterización de sus enzimas lignocelulolíticas demostró su potencialidad para la producir celulasas, xilanasas y peroxidasas, sobre diferentes sustratos lignocelulósico como bagazo de caña de azúcar, rastrojo de maíz, fibra de agave, paja de arroz, y paja de trigo, siendo este último identificado como el mejor sustrato para la producción de las enzimas mencionadas anteriormente (Batista et al., 2014). Aunque hay un interés creciente en el estudio de la biodiversidad de los microorganismos extremófilos, y en particular de las potencialidades de estos microorganismos para la producción de enzimas de interés industrial (como las enzimas ligninolíticas), pocos estudios centran su atención en caracterizar la producción de estas enzimas como resultado de las condiciones de extremofilia. En este contexto, la comprensión de como las sales como el NaCl afectan la producción de enzimas lignocelulolíticas en hongos resulta sumamente interesante como 4 conocimiento que permita optimizar tratamientos fúngicos de sustratos lignocelulósicos en condiciones de hipersalinidad. Con base en lo expuesto anteriormente, este trabajo tiene como objetivo analizar el secretoma de Aspergillus sydowii H1 por cuantificación relativa empleando marcaje peptídico asistido por isotopos isobáricos estables (iTRAQ). El análisis se realizó a partir de las proteínas extracelulares producidas por Aspergillus sydowii H1 creciendo en presencia de paja de trigo (1%) como única fuente de carbono, y en presencia o ausencia de 1 M de NaCl. Estos análisis contribuirán a profundizar el conocimiento sobre la degradación de lignocelulosa en condiciones de hipersalinidad, temática pobremente abordada en la actualidad desde sus bases moleculares y celulares desde una perspectiva de estudios globales ómicos.