Importancia de los Hongos

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Introducción: Hongo

Concepto de Hongo: (Reino Fungi) Se trata, los hongos, de organismos Celulares sin cloroplastos y por lo tanto heterótrofos (véase más) y que al carecer de clorofila no son vegetales.

Importancia de los Hongos

Los hongos son muy importantes para la economía y la ecología. Descomponen la materia orgánica muerta y reciclan los nutrientes en diversos ecosistemas, incluido el suelo. Algunos hongos, como las setas y las levaduras, se utilizan como alimento y medicina. Otros pueden causar enfermedades a los seres humanos y a las plantas. Más de un millón de especies del reino Fungi abarcan más de mil millones de años de historia evolutiva. Las innovaciones evolutivas codificadas en sus genomas pueden descifrarse mediante la genómica.

El primer genoma eucariota que se secuenció fue el del hongo Saccharomyces cerevisiae, lo que cambió radicalmente las ciencias biológicas y condujo al desarrollo de todo un espectro de nuevas herramientas y descubrimientos en genética y biología molecular. Tras esta secuenciación inicial del genoma, la Iniciativa del Genoma Fúngico, dirigida por el Instituto Broad de Cambridge (Massachusetts), ha secuenciado varias docenas de genomas de hongos, sobre todo de importancia médica. Los hongos también son importantes para la salud de las plantas. Algunos, como los hongos micorrícicos (es decir, hongos que forman relaciones simbióticas en y sobre las raíces de las plantas huésped), ayudan a las plantas a extraer nutrientes del suelo; otros, como las royas y las podredumbres, pueden matar a las plantas. La mayoría de los hongos contribuyen significativamente al ciclo del carbono.

Para abordar cuestiones relacionadas con la energía y el medio ambiente, el Instituto Conjunto del Genoma (JGI) del Departamento de Energía de EE.UU. ha desarrollado recursos y herramientas genómicas para explorar la diversidad de los hongos en general. Para facilitar los esfuerzos de la genómica fúngica, el JGI se ha asociado (véase qué es, su concepto jurídico; y también su definición como “associate” en derecho anglo-sajón, en inglés) con la comunidad científica de todo el mundo y ha puesto en marcha varias iniciativas genómicas a gran escala. La primera de ellas, la Enciclopedia Genómica de Hongos para la Energía y el Medio Ambiente, se centra en el análisis de grupos de hongos importantes para el cultivo de biomasa y su conversión en biocombustibles. La segunda iniciativa, el Proyecto 1000 Genomas de Hongos, pretende explorar la diversidad fúngica en el Árbol de la Vida de los Hongos [la clasificación de los hongos basada en relaciones filogenéticas (evolutivas)] y proporcionar referencias para el estudio de las comunidades de hongos en el suelo y otros ecosistemas. La tercera iniciativa proporcionará información funcional para los genes y genomas secuenciados mediante la genómica funcional de hongos individuales y comunidades fúngicas.

A través de estas iniciativas, el JGI solicita propuestas de genómica para secuenciar y analizar grandes cantidades de datos genómicos a investigadores de todo el mundo con el fin de resolver diversos problemas energéticos y medioambientales. Para posibilitar estos análisis, el JGI también ha desarrollado un recurso genómico fúngico basado en la web, MycoCosm, que proporciona herramientas para analizar más de 200 genomas fúngicos y promueve la participación de los usuarios en el envío de datos, la anotación y el análisis (véase la ilustración).

Enciclopedia genómica de los hongos para la energía y el medio ambiente

La iniciativa de la Enciclopedia Genómica de Hongos para la Energía y el Medio Ambiente tiene como objetivo analizar grupos de hongos diversos que comparten los mismos rasgos, estilo de vida, secreciones y otras características para la ciencia y las aplicaciones relacionadas con la energía y el medio ambiente. Las dos áreas iniciales de interés son los hongos que (1) pueden afectar positiva o negativamente a la salud de las plantas y a los cultivos bioenergéticos y (2) codifican genes, vías y otras partes importantes para el desarrollo de biorrefinerías eficientes para la producción de biocombustibles.

El mantenimiento de la salud de las plantas es fundamental para el crecimiento sostenible de las materias primas para biocombustibles, y los hongos [mutualistas, parásitos y otros componentes microbianos de la rizosfera (la región del suelo sujeta a la influencia de las raíces de las plantas y caracterizada por ser una zona de mayor actividad microbiológica)] pueden afectar de forma drástica. Los hongos micorrícicos, por ejemplo, entablan relaciones simbióticas con las plantas y extienden eficazmente el sistema radicular del huésped hacia las regiones de materia orgánica en descomposición para proporcionar nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. La comparación de los dos primeros genomas secuenciados de hongos micorrícicos, el del simbionte del álamo Laccaria bicolor y el de la trufa negra Tuber melanosporum, ha revelado diferencias drásticas en sus conjuntos de genes y en sus interacciones con las plantas huésped, lo que justifica un estudio más exhaustivo de 25 hongos micorrícicos. Mientras se secuencian estos genomas, se han secuenciado y analizado una docena de nuevos patógenos vegetales de la clase fúngica de los Dothideomycetes en el mayor estudio comparativo de este tipo realizado hasta la fecha. Este estudio ha revelado diferencias genómicas y ha alineado algunas de ellas con diferentes estrategias de patogenicidad, incluida la expansión de los genes implicados en el metabolismo secundario y la degradación de la pared celular vegetal en los hongos que matan plantas (necrótrofos) en comparación con los que parasitan desde el interior de las plantas (biotróficos). Cuando esto vaya seguido de análisis en profundidad y estudios de genómica funcional, debería conducir al desarrollo de nuevos métodos para controlar el crecimiento de los hongos patógenos y proteger a las plantas de sucesos catastróficos (como la epidemia de tizón de la hoja del maíz de 1970, que acabó con la totalidad de los cultivos de maíz de varios estados de Estados Unidos).

Los métodos de biorrefinería convierten los biopolímeros que componen la pared celular de las plantas (lignocelulosa) en azúcares simples (glucosa y xilosa) y luego en biocombustibles utilizando cepas fúngicas optimizadas para procesos industriales a gran escala. Conocer las enzimas y los procesos empleados por diversos hongos en la degradación de la lignocelulosa y la fermentación de los azúcares, así como comprender la biología molecular de las cepas adoptadas por la industria, es esencial para desarrollar plataformas robustas de producción de biomasa a biocombustible a escala industrial. La comparación de los genomas del hongo de la podredumbre blanca Phanerochaete chrysosporium y del hongo de la podredumbre marrón Postia placenta reveló mecanismos muy diferentes de degradación de la lignocelulosa para cada uno de ellos. Esto condujo a la secuenciación de otros 30 hongos de la clase Agaricomycetes para construir el catálogo más completo de enzimas lignocelulolíticas y reconstruir la evolución de la podredumbre blanca y marrón. Los azúcares producidos por estos procesos incluyen la xilosa, que es procesada de forma deficiente por las cepas industriales de S. cerevisiae, pero eficazmente por otras levaduras (por ejemplo, Pichia stipitis). La genómica comparativa de varias levaduras que fermentan la xilosa sugirió que faltaban genes, que se han añadido a S. cerevisiae para permitir un procesamiento más completo del azúcar durante la descomposición de la biomasa. Otra forma de mejorar las cepas industriales productoras de enzimas o de azúcares es sustituirlas por hongos termófilos (es decir, que prosperan a altas temperaturas). Dos de ellos, Thielavia terrestris y Myceliophthora thermophila, han mostrado un buen potencial de descomposición de la biomasa a altas temperaturas y han sido secuenciados para producir cromosomas completos, que pueden utilizarse como mapas detallados para la posterior ingeniería del genoma y la mejora de las cepas. La comunidad investigadora seguirá añadiendo nuevos capítulos de la Enciclopedia para explorar una serie de áreas diferentes: por ejemplo, las funciones de los hongos en la ecología, los secretos de los endófitos (hongos que viven dentro de las plantas, pero no son necesariamente parásitos de ellas) y los extremófilos (organismos que viven y prosperan en entornos con condiciones extremas), y el potencial de los hongos para la biorremediación (el uso de un proceso biológico para limpiar una zona ambiental contaminada).

Los genomas de hongos

A pesar del creciente número de proyectos de secuenciación del genoma de los hongos, los hongos secuenciados representan sólo una pequeña fracción de la diversidad fúngica natural creada por más de un millón de especies diferentes. La mayoría de las especies de hongos del suelo o de otros entornos no están caracterizadas y no tienen ninguna información sobre su genoma. Pueden ser una fuente potencialmente rica de valiosas vías metabólicas y actividades enzimáticas, por lo que es necesario realizar un estudio sistemático de las secuencias genómicas de la diversidad fúngica. Para responder a esta necesidad, un equipo internacional de investigación, en colaboración con el JGI, se ha embarcado en un proyecto de cinco años de duración (el Proyecto 1000 Genomas Fúngicos) para secuenciar 1000 genomas de hongos de todo el Árbol de la Vida. El objetivo es llenar las lagunas del árbol de la vida de los hongos secuenciando al menos dos genomas de referencia de cada una de las más de 500 familias reconocidas de hongos. Con la participación de varias colecciones de cultivos y con el creciente interés de toda la comunidad micológica, este proyecto pretende proporcionar referencias genómicas para informar la investigación sobre las interacciones planta-microbio y la metagenómica ambiental (el análisis de muchos genomas simultáneamente). El portal MycoCosm ofrece información integrada sobre los proyectos de secuenciación genómica en curso, la lista de familias conocidas de hongos y herramientas para nominar nuevas especies y asignarlas a familias sin genomas secuenciados. Cualquier investigador puede nominar especies de hongos de estas familias y puede enviar muestras de ADN al JGI para su secuenciación y anotación.

Genómica funcional de los sistemas fúngicos

Mientras que la genómica tradicional se centra en la secuenciación del genoma y el análisis computacional de los genes predichos, la genómica funcional debe proporcionar datos experimentales sobre la función de estos genes. Se han producido cambios revolucionarios en las tecnologías de secuenciación, pero no tanto en la caracterización bioquímica de genes y proteínas, lo que ha creado una brecha creciente entre los conjuntos de secuencias y funciones disponibles. Sin embargo, iniciativas como el proyecto ENCODE humano (que pretende construir una lista completa de piezas de los elementos funcionales del genoma humano) son prometedoras para el desarrollo de técnicas de alto rendimiento que podrían ser aplicables a los hongos y otros organismos. Éstas pueden incluir nuevas técnicas experimentales para examinar y delinear una serie de características genómicas [incluyendo, por ejemplo, las interacciones de la cromatina (la envoltura del genoma en un complejo entre el ADN y las proteínas); la accesibilidad y estructura del ADN; las modificaciones de las histonas (una gran clase de proteínas asociadas a las moléculas de ácido nucleico); los sitios de unión de los factores de transcripción; la metilación del ADN; los promotores y los silenciadores transcripcionales].

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Los enfoques de alto rendimiento basados en la secuencia, como la transcriptómica (el estudio de todo el complemento de ARN que se ha transcrito a partir del ADN en una célula o, más probablemente, en una población de células) y la proteómica (el estudio del complemento proteico total de una célula, un tejido o un organismo entero) se han utilizado con éxito para muchos hongos. Las grandes colecciones de mutantes de deleción para la levadura modelo S. cerevisiae y el hongo filamentoso Neurospora crassa ayudan a retratar mejor el papel de los genes individuales (mediante el uso de la resecuenciación y la transcriptómica), y es necesario desarrollar más colecciones para un número significativamente mayor de hongos. El análisis del transcriptoma de sistemas formados por un huésped que interactúa y hongos patógenos o simbiontes puede arrojar luz sobre los cambios en ambos y puede ayudar a proporcionar información sobre sus interacciones.Entre las Líneas En el JGI también se están llevando a cabo estudios transcriptómicos a gran escala de varios sistemas patógeno-huésped y hongo-huésped micorrizado, junto con el proyecto ENCODE de N. crassa. Además, los esfuerzos iniciales en la metatranscriptómica de comunidades fúngicas complejas (como el suelo) podrían conducir en última instancia a la comprensión de las interacciones en estas comunidades y a la modelización de sus respuestas a los cambios ambientales.

Datos verificados por: Thompson
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Recursos

Notas y Referencias

Véase También

Biomasa; Biotecnología fúngica; Ecología fúngica; Genética fúngica; Genómica fúngica; Clasificación filogenética fúngica; Hongos; Hongos degradadores de lignina; Hongos; Micología; Micorrizas; Biotecnología fúngica recombinante; Levadura
Cultivo de hongos
Infección
Conservación de los hongos
Hongos fantásticos
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