Rhizopus oryzae es un microhongo heterotálico filamentosoque se presenta como saprótrofo en el suelo, el estiércol y la vegetación en descomposición. Esta especie es muy similar a Rhizopus stolonifer , pero se puede distinguir por sus esporangios más pequeños y esporangiosporas dispersas por el aire. Se diferencia de R. oligosporus y R. microsporus por sus columelas y esporangiosporas más grandes. [1] Las numerosas cepas de R. oryzae producen una amplia gama de enzimas, como enzimas que digieren carbohidratos y polímeros, junto con una serie de ácidos orgánicos, etanol y ésteres, lo que le otorga propiedades útiles dentro de las industrias alimentarias, la producción de biodiésel y las industrias farmacéuticas. También es un patógeno oportunista de los humanos que causa mucormicosis .
Rhizopus oryzae fue descubierto por Frits Went y Hendrik Coenraad Prinsen Geerligs en 1895. [1] El género Rhizopus (familia Mucoraceae ) fue creado en 1821 por el micólogo alemán Christian Gottfried Ehrenberg [2] para dar cabida a Mucor stolonifer y Rhizopus nigricans como distintos del género Mucor. [3] El género Rhizopus se caracteriza por tener estolones, rizoides, esporangióforos que brotan de los puntos de los cuales se unen los rizoides, esporangios globosos con columelas, esporangiosporas estriadas. [3] A mediados de la década de 1960, los investigadores dividieron el género basándose en la tolerancia a la temperatura. Más tarde, a principios de la década de 1970, se utilizaron métodos numéricos donde los investigadores llegaron a conclusiones similares. R. oryzae fue relegada a una sección distinta porque creció bien a 37 °C pero no pudo crecer a 45 °C. [4] En el pasado, las cepas se identificaban a través del aislamiento de componentes activos de las especies que se encontraban comúnmente en alimentos y bebidas alcohólicas en Indonesia, China y Japón. [4] Hay aproximadamente 30 sinónimos, siendo el más común R. arrhizus . [5] Scholer popularizó R. oryzae porque pensó que R. arrhizus representaba una forma extrema de R. oryzae . [4]
Rhizopus oryzae crece rápidamente en temperaturas óptimas, a 1,6 mm por hora (casi 0,5 μm por segundo, suficiente para poder visualizar directamente la elongación de las hifas en tiempo real bajo el microscopio). [1] R. oryzae puede crecer en temperaturas de 7 °C a 44 °C y la temperatura óptima de crecimiento es 37 °C. [1] [6] Hay un crecimiento muy pobre de 10 °C a 15 °C [3] y un crecimiento insignificante a 45 °C. [2] [4] Hay un crecimiento sustancial en medios que contienen 1% de NaCl , un crecimiento muy pobre con 3% de NaCl y ninguno con 5% de NaCl. R. oryzae prefiere medios ligeramente ácidos. Se observa un buen crecimiento a un pH de 6,8; en el rango de 7,7-8,1, hay un crecimiento muy pobre. [3] La mayoría de los aminoácidos, con excepción de la L-valina, promueven el crecimiento de R. oryzae , siendo el L-triptófano y la L-tirosina los más eficaces. También crece bien con fuentes de nitrógeno mineral, excepto nitrato, y puede utilizar urea. [7]
Rhizopus oryzae tiene esporangióforos variables. Pueden ser rectos o curvados, hinchados o ramificados, y las paredes pueden ser lisas o ligeramente rugosas. El color de los esporangióforos varía de marrón pálido a marrón. Los esporangióforos crecen entre 210-2500 μm de longitud y 5-18 μm de diámetro. Los esporangios en R. oryzae son globosos o subglobosos, de pared espinosa y negra cuando maduran, de 60-180 μm de diámetro. Se pueden distinguir de Rhizopus stolonifer porque tienen esporangios y esporas más pequeñas. [1] Las condiciones óptimas para la producción de esporangios son temperaturas entre 30 °C y 35 °C y niveles bajos de agua. [7] La esporulación es estimulada por aminoácidos (excepto L-valina) cuando se cultiva en la luz, mientras que en la oscuridad solo L-triptófano y L-metionina efectúan la estimulación del crecimiento. Las columelas son globosas, subglobosas u ovaladas. La pared suele ser lisa y el color es marrón pálido. El diámetro medio de crecimiento oscila entre 30 y 110 μm. Las esporangiosporas son elípticas, globosas o poligonales, son estriadas y crecen de 5 a 8 μm de longitud. Las esporangiosporas latentes y germinadas muestran surcos profundos y crestas prominentes con un patrón que las hace distinguibles de las de R. stolonifer . La germinación de las esporangiosporas puede ser inducida por la acción combinada de L-prolina e iones fosfato. L-ornitina, L-arginina, D-glucosa y D-manosa también son eficaces. La germinación óptima ocurre en medios que contienen D-glucosa y sales minerales. [7] R. oryzae tiene rizoides abundantes en forma de raíz . [3] Las zigosporas son producidas por células diploides cuando la reproducción sexual ocurre en condiciones pobres en nutrientes. Tienen colores que van del rojo al marrón, son esféricas o aplanadas lateralmente y miden entre 60 y 140 μm. [2] En niveles altos de nutrientes, R. oryzae se reproduce asexualmente, produciendo zigosporas . [8] Los estolones encontrados en R. oryzae son lisos o ligeramente rugosos, casi incoloros o de color marrón pálido, de 5 a 18 μm de diámetro. Las clamidosporas son abundantes, globosas que varían entre 10 y 24 μm de diámetro, elípticas y cilíndricas. Las colonias de R. oryzae son blancas inicialmente, volviéndose marrones con la edad [6] y pueden crecer hasta aproximadamente 1 cm de espesor. [2]
Rhizopus oryzae se puede encontrar en varios suelos en todo el mundo. Por ejemplo, se ha encontrado en India, Pakistán, Nueva Guinea, Taiwán, América Central, Perú, Argentina, Namibia, Sudáfrica, Irak, Somalia, Egipto, Libia, Túnez, Israel, Turquía, España, Italia, Hungría, República Checa, Eslovaquia, Alemania, Ucrania, Islas Británicas y los EE. UU. Los suelos donde se ha aislado R. oryzae son variados y van desde pastizales, suelos cultivados con lupino, maíz, trigo, maní, otras legumbres, caña de azúcar, arroz, plantaciones de cítricos, vegetación de tipo estepario, suelos alcalinos, marismas, suelos de estiércol agrícola, hasta suelos llenos de aguas residuales. El pH de los suelos donde se ha aislado la especie varía típicamente entre 6,3 y 7,2. [7]
El Rhizopus oryzae se identifica a menudo como R. arrhizus cuando se aísla de los alimentos. Se encuentra en frutas y verduras podridas, donde a menudo se le llama R. stolonifer . A diferencia de otras especies como R. stolonifer , R. oryzae es común en condiciones tropicales. En el este de Asia, es común en los cacahuetes. Por ejemplo, hubo un aislamiento del 21% de los granos de cacahuete de Indonesia. [1] Está presente en el maíz, los frijoles, el sorgo y las judías verdes, las nueces pecanas, las avellanas, los pistachos, el trigo, la cebada, las patatas, los zapotes y varios otros alimentos tropicales. [1] Se descubrió que la harina de maíz en la que se habían cultivado aislados de R. oryzae era tóxica para los patitos y las ratas, provocando depresión del crecimiento. [4]
Rhizopus oryzae es una de las causas más comunes de una enfermedad conocida como mucormicosis , caracterizada por el crecimiento de hifas dentro y alrededor de los vasos sanguíneos. Los agentes causales de la mucormicosis también pueden producir toxinas como la agroclavina , que es tóxica para los humanos, las ovejas y el ganado. [7] Esta infección generalmente ocurre en individuos inmunodeprimidos, pero es poco común. [9] [10] Los factores de riesgo comunes asociados con la mucormicosis cutánea primaria son la cetoacidosis, la neutropenia, la leucemia linfoblástica aguda, los linfomas, los esteroides sistémicos, la quimioterapia y la diálisis. El tratamiento incluye anfotericina B, posaconazol, itraconazol y fluconazol. [11] La mayoría de los casos de infección son infecciones rinocerebrales. Al mismo tiempo, se ha encontrado en la literatura que R. oryzae puede producir actividad antibiótica en algunas bacterias. [7]
La patogenicidad hacia las plantas se atribuye a la presencia de un gran número de enzimas que digieren carbohidratos. [ cita requerida ]
Rhizopus oryzae está involucrado en las transformaciones de esteroides y produce esteroides 4-desmetilados que han sido útiles en la industria de la fermentación. Las fuentes de carbono influyen en la proporción de lípidos polares y neutros. El micelio encontrado en R. oryzae contiene lípidos y el contenido de lípidos más alto ocurre cuando se cultiva en fructosa. El contenido de ácidos grasos insaturados más alto se observa a 30 °C y el más bajo a 15 °C. Se han observado propiedades proteolíticas bien en condiciones de pH 7 a 35 °C. La piridozina y la tiamina prefieren la producción de proteinasa. R. oryzae puede degradar la aflatoxina A 1 a compuestos hidroxílicos isoméricos y la aflatoxina G 1 a metabolito fluorescente aflatoxina A 1 . [7] Hay varios factores que influyen en la producción de ácidos dextrolácticos, ácido fumárico y el metabolismo de R. oryzae . Por ejemplo, a 40 °C hay un crecimiento más favorable para el consumo de glucosa, sin embargo esto influyó negativamente en la producción de ácido d -láctico. Se necesita una concentración de glucosa del 15 % para una producción óptima de ácido d -láctico. La producción de ácido fumárico se suprimió en medios que contenían más de 6 gramos de NH4NO3 por litro y es favorable para la producción de ácido d -láctico. [12]
La FDA considera que Rhizopus oryzae es GRAS y, por lo tanto, se reconoce que es seguro para su uso industrial, ya que puede consumir una variedad de fuentes de carbono. [13] Durante la fermentación, R. oryzae produce actividad de amilasa, lipasa y proteasa para aumentar la capacidad de los nutrientes para utilizar muchos compuestos como fuente de energía y carbono. [14] Históricamente, se ha utilizado en la fermentación, específicamente para fermentar soja y crear tempeh en Malasia e Indonesia. [15] Utilizando los mismos métodos para crear tempeh tradicional, R. oryzae se puede inocular en otras legumbres cocidas, como guisantes, frijoles y habas. De manera similar, en la elaboración del tempeh, hay una fermentación bacteriana inicial en las legumbres cuando se remojan durante un tiempo antes de cocinarlas. La incubación de la fermentación dura 48 horas a 33 °C. Después de la incubación, se puede observar micelio entre las legumbres creando un producto más grande y uniforme. En general, la fermentación de frutas, granos, nueces y legumbres con mohos de R. oryzae produce cambios sensoriales en los alimentos, como la creación de acidez, dulzura y amargura. R. oryzae puede producir lactato a partir de glucosa en niveles altos, que se utiliza como aditivo alimentario y también puede degradar plásticos. [16] En los productos de queso modificados con enzimas , R. oryzae proporciona enzimas microbianas que descomponen la grasa y las proteínas de la leche para crear queso en forma de polvo y pasta. Específicamente, descompone la cuajada del queso y la caseína ácida. [17]
Entre las celulasas y hemicelulasas que se encuentran en los medios de cultivo de R. oryzae se encuentran otras enzimas como la proteasa , la ureasa , la ribonucleasa , la pectato liasa y la poligalacturonasa . Además de producir una serie de enzimas, también puede producir una serie de ácidos orgánicos, alcohol y ésteres. Las celulasas de R. oryzae se pueden aplicar a la biotecnología, en las industrias de alimentos, cervecerías y vinos, piensos para animales, textiles y lavandería, pulpa y papel, y agricultura. R. oryzae puede convertir tanto la glucosa como la xilosa en condiciones aeróbicas en ácidos L (+)-lácticos puros con subproductos como xilitol , glicerol , etanol, dióxido de carbono y biomasa fúngica. La endo-xilanasa es una enzima clave para la despolimerización del xilano y se produce mediante la fermentación de R. oryzae a partir de diferentes subproductos agrícolas que contienen xilano, como paja de trigo, tallos de trigo, bagazo de algodón, cáscaras de avellana, mazorcas de maíz y aserrín de avena. Las pectinasas son necesarias para la extracción y clarificación de jugos de frutas y vinos, la extracción de aceites, sabores y pigmentación de material vegetal, la preparación de fibras de celulosa para la fabricación de lino, yute y cáñamo, así como para la fermentación de café y té.
R. oryzae puede descomponer el contenido de almidón en las plantas de arroz y, por lo tanto, muestra actividades amilolíticas. Además, se ha informado que produce isoamilasa extracelular que se utiliza en las industrias alimentarias. Se descubrió que la isoamilasa sacarifica el almidón de papa, la raíz de arrurruz, el grano de tamarindo, la tapioca y la avena. La capacidad de sacarificación de la enzima es muy aplicable en las industrias de producción de azúcar. Las proteasas, que se pueden encontrar en R. oryzae , son muy útiles en las industrias comerciales. Por ejemplo, ha aumentado su aplicación en las industrias alimentaria, farmacéutica, de detergentes, del cuero y del curtido. También está involucrada en la recuperación de plata y la síntesis de péptidos. Se descubrió que una cepa de R. oryzae secreta proteasa de serina alcalina que muestra una alta estabilidad de pH de 3 a 6 y una baja termoestabilidad. La lipasa que se extrae de R. oryzae se ha consumido como ayuda digestiva sin reacciones adversas. Las lipasas hidrolizan grasas y aceites con la posterior liberación de ácidos grasos libres como diacilgliceroles , monoacilgliceroles y glicerol . Las lipasas han estado involucradas en aplicaciones biotecnológicas debido a su capacidad para catalizar reacciones sintéticas en soluciones no acuosas. Un estudio ha informado de la expresión de una hidroxilasa 11 alfa-esteroide fúngica de R. oryzae que se puede utilizar para realizar la hidroxilación 11 alfa del esqueleto esteroide, lo que ha simplificado la producción de fármacos esteroides. [18] R. oryzae puede producir ribonucleasa intracelular en un medio líquido regulado por iones metálicos con la adición de calcio y molibdeno que estimulan la producción de ribonucleasa. Se descubrió que la cepa ENHE de R. oryzae aislada de suelo contaminado era capaz de tolerar y eliminar pentaclorofenol .
Se sabe que R. oryzae produce ácido L (+)-láctico porque las células del hongo poseen una mejor resistencia a la alta concentración de ácido láctico acumulado y un menor contenido de requerimiento de nutrientes en comparación con los procedimientos bacterianos comúnmente utilizados. Por lo tanto, R. oryzae es el enfoque más eficiente para mejorar el proceso de producción de ácido láctico que facilita múltiples reutilizaciones de células fúngicas para la producción de ácido láctico a largo plazo. El etanol es el principal subproducto en el proceso de fermentación de R. oryzae durante la producción de ácido L-láctico. R. oryzae se puede utilizar como biocatalizador para la producción de ésteres en disolventes orgánicos. El micelio seco de cuatro cepas de R. oryzae demostró ser eficaz para catalizar la síntesis de diferentes ésteres de sabor. Por ejemplo, el sabor a piña o los ésteres de acetato de butilo se produjeron mediante las reacciones de esterificación entre ácido acético y butanol por R. oryzae . Este compuesto de sabor se puede utilizar en las industrias alimentaria, cosmética y farmacéutica. En la industria del biodiésel, el combustible biodiésel en forma de éster metílico de ácido graso se produce mediante la esterificación de aceite vegetal o grasa animal con metanol. Este es un recurso de combustible renovable en comparación con los combustibles tradicionales derivados del petróleo. Se investigó la producción de combustible biodiésel a partir de aceites vegetales de células de R. oryzae inmovilizadas dentro de partículas de soporte de biomasa para la metanólisis del aceite de soja. Se descubrió que el aceite de oliva o el ácido oleico eran eficaces para mejorar la actividad de metanólisis, lo que es un resultado prometedor dentro de la industria del biodiésel. [ cita requerida ]
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