Estudio sobre la Evolución de los hongos

Artículo publicado el 28 de junio del 2012 por NSF

Un estudio revela las influencias de los hongos, una de las clases de mayor diversidad biológica entre los organismos, en nuestros suministros de energía fósil.

Una micrografía electrónica de barrido de la madera carcomida por la podredumbre blanca

Un nuevo estudio – que incluye el primer estudio a gran escala de comparación de los hongos que causan las caries podredumbre – sugiere que la evolución de un tipo de hongos conocidos como la pudrición blanca (white rot) puede haber puesto fin al período de 60 millones de años de duración conocido como el período Carbonífero. Los depósitos de carbón que se acumularon durante el periodo Carbonífero, que terminó hace unos 300 millones de años, han alimentado históricamente alrededor del 50 por ciento de la generación de EE.UU en lo que se refiere a energía eléctrica.

Además, el estudio proporciona información detallada acerca de las diversas enzimas de los hongos que se pueden utilizar en el futuro para ayudar a generar los biocombustibles, que actualmente se encuentran entre las alternativas más prometedoras y atractiva a reemplazar los combustibles fósiles.

El estudio, que se llevó a cabo por un equipo de 71 investigadores de 12 países,  fue parcialmente financiado por la National Science Foundation (NSF).

Hay casi 1,5 millones de especies de hongos en la Tierra. Llevan a cabo funciones ecológicas esenciales que incluyen la descomposición de organismos y servir de alimento a muchas especies de insectos y organismos más grandes.

Sin embargo, sólo alrededor del cinco por ciento de las especies de hongos , han clasificado. El nuevo estudio es parte de un esfuerzo – con el apoyo de la NSF  y de Alianzas para la mejora del peritaje en los programas de Taxonomía – para resolver las relaciones evolutivas entre las especies de hongos, definir la diversidad de hongos, y explicar la historia evolutiva temprana de los hongos .La información producida por este esfuerzo es parte integral de la historia de la vida en la Tierra y de la evolución de sus variados ecosistemas.

El fin de una era geológica

El carbón se compone de los restos fosilizados de plantas -en su mayoría la lignina, que es un polímero un componente importante de las paredes celulares de las plantas y este ayuda a dar a la madera su resistencia y rigidez. El estudio indica que los hongos de pudrición blanca (white rot) , que son los únicos tipos de microorganismos que pueden degradar la lignina, se desarrolló a finales del período Carbonífero verde, y que hay una coincidencia entre la aparición de hongos de pudrición blanca (white rot) y el cierre del Carbonífero

Según el estudio, una vez que la pudrición blanca (white rot), descompone la lignina a través de la actividad enzimática, destruyó grandes acumulaciones de madera que de otro modo habría escapado a la decadencia que en última instancia, se fosilizaría como el carbón.

Así que si no fuera por la aparición de la pudrición blanca (white rot), grandes depósitos de carbón pueden haberse formado mucho después del final del período Carbonífero. Este estudio apoya un artículo publicado en 1990 por Jennifer M. Robinson, que estabilizó la evolución de la pudrición blanca(white rot) como un posible factor que contribuye al final del período Carbonífero.

La matriz

La lignina existe en las paredes celulares como parte de una matriz dura compuesta por celulosa, que es un carbohidrato hecha de subunidades de azúcar. Pero una vez que los ataques de pudrición blanca (white rot)  destruye la lignina, el colapso de la matriz, y la celulosa se libera – para ser devorados por la pudrición blanca (white rot).

La capacidad de los hongos de pudrición blanca (white rot) a la descomposición de la lignina en última instancia, se puede utilizar para ayudar a conquistar lo que es uno de los problemas de más larga data y desconcertante del mundo, y es todo lo  relacionado con la producción a gran escala de biocombustibles, es decir, la obtención de hidratos de carbono de las plantas que podrían ser convertidos en biocombustibles a través de procesos de fermentación .

Puede ser factible el uso de la pudrición blanca para romper la lignina y esto para liberar la celulosa de las paredes celulares, lo que podrían ser descompuestos en azúcares. A continuación, los azúcares se alimenta de la levadura que se fermenta en alcoholes y que proporcionan las bases para nuevos biocombustibles.

Además, las enzimas de los  hongos de pudrición blanca son capaces de romper moléculas orgánicas complejas, que han sido investigados para su uso en operaciones de biorremediación que implican romper contaminantes para eliminarlos del medio ambiente.

Comparaciones genómicas

"Nuestro estudio fue diseñado para reconstruir la evolución de los mecanismos de descomposición de lignina en los hongos, analizar la distribución de las enzimas que permiten a los hongos que descomponen la lignina, y definir mejor la evolución de las familias de genes que codifican las enzimas", dijo David Hibbett de la Universidad de Clark , quien dirigió el estudio.

Hibbett y su equipo se centró en un grupo grande de hongos conocida como Agaricomycetes, que incluyen los hongos de pudrición blanca, así como especies de hongos que tienen la forma familiar cap-and-tallo . El grupo también incluye los hongos Agaricomycetes  de podredumbre parda que pueden destruir la madera y romper la celulosa y la hemicelulosa, que es otro componente de las paredes celulares – esto sin romper la lignina.

Los investigadores compararon a 31 genomas de hongos – 26 de los cuales fueron secuenciados en el Department of Energy’s Joint Genome Institute, incluyendo 12 que fueron secuenciados en el DOE JGI específicamente para el estudio, y luego fueron comentados ,analizados por los investigadores y financiados por la NSF, en colaboración con JGI y otros socios.

"Las nuevas secuencias del genoma  podría servir como recursos potenciales para los microbiólogos industriales destinados a desarrollar nuevas herramientas para la producción de biocombustibles, biorremediación o de otros productos, tal vez mediante el uso de métodos de ADN recombinante, o mediante la selección de nuevos organismos para la fermentación", dijo Hibbett.

"Este estudio es un ejemplo de los enormes beneficios que podemos hacer en la comprensión de procesos biológicos tales como la descomposición de lignina cuando aprendemos acerca de las relaciones genealógicas de los organismos", dijo Charles Lydeard, directora de programas de la NSF.

La evolución de la pudrición blanca

El estudio también involucró el seguimiento de la evolución de las enzimas que descomponen la lignina a través del tiempo.Esto se hizo a través de los llamados "análisis de reloj molecular". Estos análisis se basan en la suposición de que los genes acumulan mutaciones a través de la evolución a tasas bastantemente predecibles – La capacidad de estimar estas tasas de mutación permite a los investigadores rastrear las mutaciones  y estimar cuánto tiempo hace que los linajes de los hongos compartieron un ancestro común, pero luego se separaron el uno del otro.

Resultados de los análisis del reloj molecular sugieren que el antepasado más antiguo de los Agaricomcyetes era una especie de podredumbre blanca que poseían múltiples enzimas que degradan la lignina y vivió alrededor de 300 millones de años.Muchos linajes supervivientes de Agaricomycetes-incluyendo especies de hongos conocidos como la madera en descomposición y el soporte de los hongos polypores-  producen enzimas que degradan la lignina. "Nuestros resultados sugieren que la capacidad de los hongos que descomponen la lignina solo evolucionaron una vez", dijo Hibbett.

Además, Hibbett dijo, "Este estudio pone en relieve la capacidad de adaptación de los hongos." Esta adaptabilidad se ve subrayada por el hecho de que algunos linajes Agaricomycete han mantenido sus lignina y sus enzimas de degradación. Por el contrario, otros linajes Agaricomycete, incluyendo la podredumbre parda y las especies de micorrizas, que sobreviven a través de relaciones simbióticas con las raíces de ciertos árboles en descomposición,  perdieron la lignina y enzimas de degradación tal como se desarrollaron los métodos alternativos de obtención de la nutrición, dijo Hibbett.

Recuperación de la inversión potencial

El valor económico de los hongos ya es casi incalculable: los hongos en la actualidad, el impacto de diversas disciplinas aplicadas incluida la agricultura, la medicina y el descubrimiento de fármacos. Los científicos aprenden cada vez mas acerca de estos importantes organismos, y lo  más probable es que esto será el inicio de nuevos usos para que beneficien a la economía, el medio ambiente y el bienestar humano, así como para desarrollar nuevas formas para combatir la putrefacción de la madera que, a grandes costos , mata a los árboles y destruye las estructuras de madera, incluyendo casas y barcos.

José Spatafora de la Universidad Estatal de Oregon, que es co-autor del estudio dijo: "Es un momento muy emocionante en la biología de hongos, y parte de eso se debe a la tecnología actual que nos permite abordar las cuestiones realmente desde hace mucho tiempo."

-NSF-