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Aspergillus niger

Aspergillus niger es un moho clasificado dentro de la sección Nigri del género Aspergillus . [1] El género Aspergillus está formado por mohos comunes que se encuentran en todo el medio ambiente, en el suelo y el agua, en la vegetación, en la materia fecal, en la materia en descomposición y suspendidos en el aire. [2] Las especies dentro de este género a menudo crecen rápidamente y pueden esporular a los pocos días de la germinación . [2] Una combinación de características exclusivas de A. niger hace que el microbio sea invaluable para la producción de muchos ácidos, proteínas y compuestos bioactivos. Las características que incluyen una amplia diversidad metabólica, un alto rendimiento de producción, una capacidad de secreción y la capacidad de realizar modificaciones postraduccionales son responsables dela sólida producción de metabolitos secundarios de A. niger . [3] La capacidad de A. niger para soportar condiciones extremadamente ácidas lo hace especialmente importante para la producción industrial de ácido cítrico . [1] [4]

A. niger causa una enfermedad conocida como "moho negro" en ciertas frutas y verduras como uvas, albaricoques, cebollas y maní, y es un contaminante común de los alimentos. Es omnipresente en el suelo y se encuentra comúnmente en ambientes interiores, donde sus colonias negras pueden confundirse con las de Stachybotrys (especie de la cual también se ha denominado "moho negro"). [5] A. niger está clasificado como Generalmente Reconocido como Seguro (GRAS) por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. para su uso en la producción de alimentos, [6] aunque el microbio es capaz de producir toxinas que afectan la salud humana. [7]

Taxonomía

Aspergillus niger está incluido en el subgénero Circumdati de Aspergillus , sección Nigri . La sección Nigri incluye 15 especies relacionadas de esporas negras que pueden confundirse con A. niger , incluidas A. tubingensis , A. foetidus , A. carbonarius y A. awamori . [8] [9] En 2004, Samson et al. describieron varias especies morfológicamente similares . [9]

En 2007, la cepa ATCC 16404 Aspergillus niger se reclasificó como Aspergillus brasiliensis (consulte la publicación de Varga et al. [10] ). Esto requirió una actualización de la Farmacopea de EE. UU . y la Farmacopea Europea , que comúnmente utilizan esta cepa en toda la industria farmacéutica. [ cita necesaria ]

Cultivo

A. niger creciendo en agar patata dextrosa

A. niger es un aerobio estricto; por lo tanto, requiere oxígeno para crecer. [11] El hongo puede crecer en una variedad de condiciones ambientales; puede crecer a temperaturas que oscilan entre 6 y 47 °C. [12] Como mesófilo, [13] su rango de temperatura óptimo es 35-37 °C. [11] Puede tolerar un pH que oscila entre 1,5 y 9,8. [12] A. niger es xerófilo, lo que significa que puede crecer y reproducirse en ambientes con muy poca agua. También puede crecer en condiciones húmedas incluso tolerando ambientes con 90-100% de humedad relativa. [13] El hongo se cultiva más comúnmente en agar papa dextrosa (PDA), pero puede crecer en muchos tipos diferentes de medios de crecimiento, incluido el agar Czapek-Dox, el agar lignocelulosa y varios otros. [ cita necesaria ]

genoma

Aspergillus niger tiene un genoma que consta de aproximadamente 34 megabases (Mb) organizadas en ocho cromosomas . [14] El ADN contiene 10.785 genes que se transcriben y traducen en 10.593 proteínas . [14]

Se han secuenciado dos cepas de A. niger . La cepa CBS 513.88 produce enzimas utilizadas en aplicaciones industriales, mientras que la cepa ATCC 1015 es la cepa de tipo salvaje de ATCC 11414 utilizada para producir ácido cítrico (CA) industrial. [15] [16] [17] El genoma ATCC 1015 de A. niger fue secuenciado por el Joint Genome Institute en colaboración con otras instituciones. [18] Se han utilizado secuencias completas para descubrir genes ortólogos y vías implicadas en el metabolismo fúngico, específicamente el catabolismo de los monosacáridos. [19] La capacidad de A. niger para cambiar su metabolismo dependiendo de las fuentes de carbono y otros nutrientes presentes en su entorno ha permitido que el microorganismo sobreviva y se encuentre en casi todos los ecosistemas . Se están realizando más investigaciones para estudiar estos mecanismos para todos los hongos utilizando el genoma secuenciado completo de A. niger . [19]

Usos industriales

Hay dos formas en que se puede cultivar Aspergillus niger con fines industriales: fermentación en estado sólido (SSF) y fermentación sumergida (SmF). [20] SSF utiliza un sustrato sólido con nutrientes y humedad mínima para cultivar microorganismos. Nutrientes como el nitrógeno y el carbono provienen de subproductos agrícolas como el salvado de trigo, la pulpa de azúcar, la cáscara de arroz y la harina de maíz. [21] SSF ofrece un mejor rendimiento de productos microbios y es más rentable que SmF debido al uso de subproductos agrícolas. [22] SSF se utiliza predominantemente sobre SmF. [22] En SmF, los microbios se cultivan en un medio líquido dentro de grandes recipientes de fermentación asépticos . [21] [22] Estos recipientes son equipos costosos que proporcionan más agua para el crecimiento y permiten un control estricto de los factores ambientales, como la temperatura y el pH, que afectan el crecimiento microbiano. [22]

Aspergillus niger se cultiva para facilitar la producción industrial de muchas sustancias. [23] Varias cepas de A. niger se utilizan en la preparación industrial de ácido cítrico (E330) y ácido glucónico (E574); por lo tanto, la Organización Mundial de la Salud los ha considerado aceptables para la ingesta diaria . [24] La fermentación de A. niger es "generalmente reconocida como segura" ( GRAS ) por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos en virtud de la Ley Federal de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos . [25] A. niger también se está considerando como una nueva fuente potencial de pigmentos naturales de calidad alimentaria. [26]

La producción de ácido cítrico (CA) se logra cultivando cepas de A. niger en un medio rico en nutrientes que incluye altas concentraciones de azúcar y sales minerales y un pH ácido de 2,5-3,5. [27] Muchos microorganismos producen CA, pero Aspergillus niger produce más de 1 millón de toneladas métricas de CA anualmente a través de un proceso de fermentación fúngica. [28] La CA tiene una gran demanda para aplicaciones tales como el control del crecimiento de microorganismos, mejora del sabor de alimentos y bebidas, manipulación de la acidez, productos farmacéuticos, etc. [29]

A. niger produce muchas enzimas útiles para el catabolismo de biopolímeros con el fin de obtener nutrientes de su entorno. [30] La producción de enzimas específicas se puede aumentar con fines industriales. [31] [30] Por ejemplo, la glucoamilasa de A. niger ( P69328 ) se utiliza en la producción de jarabe de maíz con alto contenido de fructosa y las pectinasas ( GH28 ) se utilizan en la clarificación de sidra y vino . La alfa-galactosidasa ( GH27 ), una enzima que descompone ciertos azúcares complejos, es un componente de Beano y de varios otros productos que disminuyen la flatulencia . [32] Otro uso de A. niger dentro de la industria biotecnológica es la producción de variantes de macromoléculas biológicas que contienen isótopos magnéticos para análisis de RMN . [33] Aspergillus niger también se cultiva para la extracción de la enzima glucosa oxidasa ( P13006 ), utilizada en el diseño de biosensores de glucosa , debido a su alta afinidad por la β-D-glucosa . [34] [35]

En la industria alimentaria, también se cultiva A. niger para aislar la enzima fructosiltransferasa y producir fructooligosacáridos (FOS) . [36] Los FOS se utilizan para fabricar alimentos funcionales y bajos en calorías debido a su capacidad característica para retardar el crecimiento de microorganismos patógenos en los intestinos. [36] [37] Estos alimentos tienen fibra prebiótica entre otras propiedades que promueven la salud. A. niger no es el único organismo que produce la enzima fructosiltransferasa, pero se ha descubierto que produce la enzima a velocidades propicias para la producción industrial. [36] [37] Un uso específico de A. niger dentro de la industria alimentaria es su capacidad para producir enzimas como carbohidrasa y celulasa, que se utilizan comúnmente en la industria pesquera para eliminar la panza de las almejas durante el procesamiento y eliminar la piel externa dura. de camarones a partir de su tejido interno comestible. [38]

Aspergillus niger puede crecer en soluciones de extracción de oro que contienen complejos cianometálicos con oro , plata , cobre , hierro y zinc . El hongo también desempeña un papel en la solubilización de sulfuros de metales pesados. [39] También se ha demostrado que A. niger remedia el drenaje ácido de las minas mediante la biosorción de cobre y manganeso. [40]

Toxicidad

A. niger produce una amplia variedad de metabolitos secundarios, [7] algunos de los cuales son micotoxinas llamadas ocratoxinas , [41] como la ocratoxina A. [5] [42] La contaminación por hongos filamentosos, como A. niger, ocurre con frecuencia en las uvas y en los productos a base de uvas, lo que resulta en contaminación por ocratoxina A (OTA). La OTA, una micotoxina clínicamente relevante, puede acumularse en el tejido humano y causar una variedad de afecciones de salud graves. [43] Las posibles consecuencias del envenenamiento por OTA incluyen daño renal, insuficiencia renal y cáncer, pero la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) no ha establecido niveles máximos permisibles de OTA en los alimentos, a diferencia de la UE, que establece niveles máximos permisibles en una variedad de alimentos. productos. [44]

patogenicidad

A. niger creciendo en cebolla

Patógeno vegetal

Aspergillus niger puede causar infecciones por moho negro en ciertas legumbres , frutas y verduras como maní, uvas y cebollas, lo que hace que el hongo sea un contaminante alimentario común. Este ascomiceto filamentoso tiene tolerancia a los cambios de pH , humedad y calor, prosperando en un rango de temperatura de 15 a 53 °C (59 a 127 °F). [45] Estas características hacen que las infecciones por A. niger sean una causa común de descomposición poscosecha en frutas y verduras, lo que puede provocar pérdidas económicas significativas en la industria alimentaria. [46] La infección por A. niger en las plantas puede causar una reducción en la germinación de las semillas, la emergencia de las plántulas, el alargamiento de las raíces y el alargamiento de los brotes, lo que hace que la planta muera antes de madurar. [46] Específicamente, Aspergillus niger causa hollín en cebollas y plantas ornamentales. [ cita necesaria ]

patógeno humano

A. niger es patógeno. La aspergilosis es una infección fúngica causada por esporas de especies de moho Aspergillus de interior y exterior . [47] Debido a la naturaleza ubicua de A. niger, los humanos comúnmente inhalan sus esporas del entorno que los rodea. [48] ​​La infección por aspergilosis suele ocurrir en personas con sistemas inmunológicos comprometidos o afecciones pulmonares preexistentes como asma y fibrosis quística . [47] Los tipos de aspergilosis incluyen aspergilosis broncopulmonar alérgica (ABPA), sinusitis alérgica por aspergillus, aspergilosis fumigatus resistente a los azoles, aspergilosis cutánea (piel) y aspergilosis pulmonar crónica. [47] De las aproximadamente 180 especies de mohos aspergillus , se ha descubierto que aproximadamente 40 especies causan problemas de salud en humanos inmunocomprometidos . [47] La ​​aspergilosis es particularmente frecuente entre los trabajadores hortícolas que a menudo inhalan polvo de turba , que puede ser rico en esporas de Aspergillus niger . El hongo también se ha encontrado en momias del antiguo Egipto y puede inhalarse cuando se las molesta. [49] La otomicosis , que es una infección fúngica superficial del canal auditivo, es otro trastorno que puede ser causado por el crecimiento excesivo de mohos Aspergillus como A. niger. [50] La otomicosis causada por A. niger se asocia frecuentemente con daño mecánico de la barrera cutánea externa del canal auditivo y a menudo se presenta en pacientes que viven en climas tropicales . [50] [42] Rara vez se informa que A. niger causa neumonía en comparación con otras especies de Aspergillus , como Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus y Aspergillus terreus . [51]

Galería

Ver también

Referencias

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