Cladosporium sphaerospermum
Introducción
Cladosporium Sphaerospermum es un hongo sapróbico cosmopolita que habita en una variedad de ambientes. Predominantemente en el aire, se encuentra en el aire interior y exterior y se muestrea no solo de viviendas y plantas, sino también de seres humanos . Como microorganismo halotolerante, C. sphaerospermum prospera en áreas de alta salinidad. También puede proliferar en las zonas de salinidad moderada y baja . El análisis filogenético del ARN sugiere que C. sphaerospermum es una especie fúngica compleja que abarca un número de cepas diferentes. Estudios recientes muestran que C. sphaerospermum , un hongo antropológico infeccioso y alergénico, puede sobrevivir y prosperar en las áreas de alta radiactividad y puede reducir los niveles de radiación . Además, las emisiones de gases residuales industriales, a saber, hidrocarburos aromáticos, cetonas y algunos ácidos orgánicos, también pueden degradarse por C. sphaerospermum, convirtiendo al hongo en un modelo potencial para estudiar los mecanismos naturales de biofiltración. Además, C. sphaerospermum puede convertirse en un sustituto de los fertilizantes químicos debido a su capacidad para producir giberelinas , hormonas de crecimiento de las plantas que son esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas .
Estructura del genoma
Aunque se han descubierto varias cepas de C. sphaerospermum, solo se ha secuenciado una. C. sphaerospermum UM843 se aisló de hemocultivos humanos y el genoma se secuenció en 2012. Se encuentra cerca de 31,92 Mb . El genoma consta de un total de 10.020 genes, con aproximadamente un 94% de codificación para proteínas de más de 100 aminoácidos. La frecuencia de exones en el modelo propuesto fue de 2,26 exones por gen . Entre los genes detectados en el gnomo se encontraban genes asociados con alérgenos humanos, los genes para la asenolasa, aldehído deshidrogenasa y manitol deshidrogenasa. Algunos de los genes que se encuentran en el genoma de C. sphaerospermum están relacionados con la resistencia a los medicamentos antimicóticos fluconazol, quinidina y fluorocitosina. El genoma también incluye secuencias que codifican las enzimas clave en la vía de biosíntesis de melanina .
Estructura celular
Las células flageladas de pared gruesa de este hongo forman un dikarión en el que, después de la fusión citoplasmática de dos células (plasmogamia), los dos núcleos cohabitan sin fusión. Las células dikaryotic son más comunes para las hifas ascógenas y el ascocarpio del hongo que representa el resto del micelio monokaryotic. Las esporas de C. sphaerospermum tienen diferentes formas y se liberan a través de un poro apical . Bajo aumento, el hongo parece formar estructuras en forma de árbol ensambladas principalmente por cadenas ramificadas de conidios redondos oscuros. Aunque los conidios tienen un diámetro de 3-4, 5 µm y a menudo son unicelulares, con frecuencia forman cadenas al brotar, dejando la célula más joven en la punta de la cadena. Los conidios más antiguos pueden llegar a ser oblongos o en forma de escudo y alcanzar 15 µm de longitud. Al brotar, C. sphaerospermum conidia a menudo sufre septación y, en consecuencia, puede tener numerosas cicatrices de constricción. A 30°C, Cladosporium sphaerospermum forma 1.colonias de color gris oscuro/verde pulverizadas de 0 cm de diámetro que parecen cúpulas .
Procesos metabólicos
Como sacaraomicetos, C. sphaerospermum utiliza diversas enzimas metabólicas para convertir glucosa, sacarosa y almidón en dióxido de carbono y alcohol . Algunas de las cepas de C. sphaerospermum, sin embargo, utilizan diferentes tipos de adaptaciones metabólicas para soportar ambientes extremos. El halotolerante C. sphaerospermum, por ejemplo, aumenta la actividad de la invertasa extracelular cuando se cultiva en un ambiente de alta salinidad . Otras enzimas que aumentan la actividad en tales ambientes son la fructosa 1,6-difosfato aldolasa, isocitrato liasa y malato deshidrogenasa citosólica. La respuesta adaptativa de C. sphaerospermum se extiende a su capacidad de crecer en tolueno como única fuente de carbono y energía . De hecho, C. sphaerospermum es el primer organismo eucariótico que cataboliza el tolueno como única fuente de carbono y energía. C. sphaerospermum es también un productor de metabolitos secundarios. Entre ellos se encuentran la citrinina, la quinolactacina A1 y A2, las oxilipinas y la melanina . Es muy probable que debido a la producción de citrinina, que es una micotoxina, algunas cepas de C. sphaerospermum se consideren patógenos de las plantas porque la citrinina causa rotura de cromosomas, modificación de la captación de aminoácidos, inhibición de la germinación de semillas y poliploidía en las plantas . Las quinolactacinas son inhibidores conocidos del factor de necrosis tumoral . Sin embargo, la función de las quinolactacinas en C. sphaerospermum no está clara. Las oxilipinas, o ácidos grasos oxidados, incluyen prostaglandinas que son esenciales para la comunicación y viabilidad de las células fúngicas .
Metabolismo de la melanina.
La melanina es uno de los metabolitos secundarios producidos por C. sphaerospermum. Proporciona protección contra la luz ultravioleta y los agentes oxidantes, así como facilita la proliferación de hongos en las áreas con altos niveles de radiación . Sin embargo, es poco probable que la melanina sea metabolizada por C. sphaerospermum, únicamente para protección, ya que algunos microorganismos pueden sobrevivir a la exposición a altas radiaciones, independientemente de la melanización. Los mecanismos de síntesis de melanina en C. sphaerospermum son químicamente diversos y aún no se conocen bien. Sin embargo, hay evidencia de que este hongo produce melanina a partir de un sustrato endógeno a través de un intermediario de 1,8-dihidroxinaftaleno (DHN). Estudios microscópicos recientes muestran que la melanina granulada se localiza en la pared celular, donde participa en la reticulación con polisacáridos. Es probable que las vesículas internas similares a los melanosomas de mamíferos sean los sitios de síntesis de melanina en C. sphaerospermum. La melanina se transporta a la pared celular a través de estas vesículas .
El uso de radiación ionizante.
A la luz de los recientes accidentes en centrales nucleares, en particular el de la central de Chernóbil en 1986, se ha descubierto que C. sphaerospermum puede soportar altos niveles de radiación y utilizarla en su beneficio. La producción de melanina por el hongo está vinculada a su capacidad de colonizar áreas de alta contaminación radiactiva . Además, en presencia de radiación, C. sphaerospermum puede prosperar en medios nutritivos altos, así como en medios nutricionales mínimos. Los estudios realizados con muestras de Chernobyl indican que el cambio en las propiedades electrónicas de la melanina induce la proliferación de hongos . Después de la exposición a la radiación, la estructura electrónica de la melanina cambia. También demostraron que la capacidad de la melanina para transferir electrones en la reacción de oxidación/reducción de NADH aumentó 4 veces . Los radicales libres estables de la melanina pueden interactuar con electrones de alta energía que pueden dañar el ADN de los hongos. La interacción de los radicales libres creados por la radiación gamma con los radicales estables de la melanina protege el ADN del daño por radiación, ya que se impide que los radicales libres entren en la célula, ya que la melatonina se localiza en la pared celular y en el espacio extracelular . Además, las células fúngicas melanizadas que fueron expuestas a niveles de radiación 500 veces superiores al nivel de fondo crecieron considerablemente más rápido que los hongos no melanizados o las células que recibieron el nivel de fondo de radiación. Estudios adicionales sobre los efectos de la radiación en C. sphaerospermum muestra el crecimiento direccional del hongo hacia la fuente de radiación . Por lo tanto, es posible que C. sphaerospermum, facilitado por la melanina, pueda capturar radiación ionizante y usarla para obtener energía metabólica .
Degradación de compuestos orgánicos volátiles.
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) degradados por hongos melanizados incluyen hidrocarburos aromáticos, cetonas y ácidos orgánicos. Se ha descubierto que el C. sphaerospermum puede utilizar su maquinaria metabólica para degradar nueve diferentes VOC . Por ejemplo, el tolueno, que es tóxico para el sistema nervioso central en humanos y animales, puede ser degradado por el hongo y utilizado como una sola fuente de carbono y energía. En este hongo, el grupo metilo de tolueno es atacado inicialmente para formar benzoato a través de hidroxilación. Mediante el uso de NADPH y O2 para oxidar tolueno, glicerol, EDTA, TDT y PMSF, asimilación de tolueno monooxigenasa catalasas de tolueno por el hongo . La hidroxilación adicional del benzoato a 4-hidrozibenzoato conduce a la formación de protocatecuato como sustrato de fisión de anillo . Benceno, etilbenceno, estireno, metil etil cetona metil isobutil cetona, y metil propil cetona, junto con acetato de n-butilo y de etilo 3-ethoxypropionate puede ser utilizado por C. sphaerospermum como única fuente de carbono y energía .
Producción de giberelinas.
Una de las cepas de C. sphaerospermum puede potencialmente convertirse en un sustituto de los fertilizantes químicos debido a su capacidad para producir giberelinas, hormonas de crecimiento de las plantas que son esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas . Se ha demostrado que la cepa C de la secuencia MH-6 del ADNr de 18 s se identificó recientemente. sphaerospermum es un hongo endofítico que produce nueve giberelinas diferentes que inducen a los responsables de la elongación máxima de los brotes en las plantas. El mecanismo por el cual las giberelinas son producidas por este hongo aún no se ha dilucidado. Sin embargo, Hamayun et all determinaron que la vía de biosíntesis de giberelinas en C. sphaerospermum es similar a la de F. fujicori, un conocido productor de giberelinas .
Ecología
C. sphaerospermum es una especie compleja que puede crecer en ambientes extremos y polares. Este hongo psicrotolerante, resistente a los rayos UV y halotolerante puede sobrevivir en la Antártida. También puede sobrevivir a 25-30°C en las áreas donde algunas de las cepas se aislaron en ambientes de baja salinidad . Saprobe, C. sphaerospermum también vive en relaciones simbióticas con plantas vivas. Algunas cepas de C.sphaerospermum son capaces de adoptar y prosperar en áreas expuestas a altos niveles de radiación ionizante .
Patología
C. sphaerospermum es uno de los contaminantes aéreos más comúnmente aislados. Algunas de las cepas del hongo no son patógenas para los seres humanos y los animales; sin embargo, son perjudiciales para las plantas. Algunas de las especies, pueden causar fisifomicosis cerebrales y cutáneas, sinusitis y peritonitis en humanos . En 2003 se reportó un caso de una mujer que desarrolló lesión intrabronquial debido a C. sphaerospermum . En los animales, la piel y los pulmones son los más afectados por los órganos fúngicos. Por ejemplo, los ratones expuestos a los hongos mostraron infecciones sistémicas y subcutáneas e incluso la muerte en ratones inmunodeprimidos . C. sphaerospermum también puede causar un comportamiento errático en pargos rojos después de una infección de la vejiga y el riñón . Eledone cirrhosa, el pulpo menor, tampoco es inmune a la infección por este hongo .
Futuras vías de investigación
- Dado que la quinolactacina Al y la quinolactacina A2 aisladas de Pinicillium citrinum pueden inhibir la actividad de la acetilcolinesterasa, que está relacionada con la demencia senil en pacientes con Alzheimer (24), es posible que la quinolactacina Al y la quinolactacina A2 aisladas de C. sphaerospermum también se puedan utilizar en estudios de pacientes con enfermedad de Alzheimer. C. las cepas de sphaerospermum que producen quinolactacina Al y quinolactacina A2 podrían colocarse en un entorno radiactivo para inducir la proliferación del hongo con el fin de obtener un alto rendimiento de los metabolitos. Determinar qué efectos tendrían dichos metabolitos en las células de mamíferos podría ser una vía para buscar una cura para la enfermedad de Alzheimer.
- La prostaglandina E2 (PGE2), un compuesto similar a una hormona, está relacionada con el funcionamiento del músculo liso y la respuesta inmunitaria en humanos (25). Dado que C. sphaerospermum puede producir oxilipinas, algunas de sus cepas cloud sintetizan PGE2. Esto podría explicar por qué algunas personas tienen una reacción alérgica al hongo. La capacidad del hongo para producir PGE2 aún no se ha determinado.
- La producción de giberelinas por C. sphaerospermum lo convierte en un fertilizante potencial. Sin embargo, se desconoce si tal uso puede inducir reacciones adversas o beneficiosas en mamíferos.
- Teniendo en cuenta la capacidad de C. sphaerospermum para crecer y capturar radiación ionizante junto con su metabolismo de compuestos orgánicos volátiles, este hongo podría usarse como un biorradiorremediador universal.
Editado por, estudiante de Jennifer Talbot para BI 311 Microbiología General, 2014, Universidad de Boston.
