Aspergillus niger

Aspergillus niger es un moho clasificado dentro de la sección Nigri del género Aspergillus. El género Aspergillus consta de mohos comunes que se encuentran en 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. Las especies dentro de este género a menudo crecen rápidamente y pueden esporular a los pocos días de la germinación. 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, capacidad de secreción y la capacidad de realizar modificaciones postraduccionales son responsables de A. niger's robusta producción de metabolitos secundarios. A. la capacidad de niger para resistir condiciones extremadamente ácidas lo hace especialmente importante para la producción industrial de ácido cítrico.

A. niger provoca 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 (especies de las cuales también se han llamado "moho negro"). A. niger está clasificado como Generalmente Reconocido como Seguro (GRAS) por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. para su uso en la producción de alimentos, aunque el microbio es capaz de producir toxinas que afectan la salud humana.

Taxonomía

Aspergillus niger está incluido en Aspergillus subgénero Circumdati, sección Nigri. La sección Nigri incluye 15 especies relacionadas con esporas negras que pueden confundirse con A. niger, incluyendo A. tubingensis, A. foetidus, A. carbonarius y A. awamori. En 2004, Samson et al. describió varias especies morfológicamente similares.

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

Cultivo

A. niger es un aerobio estricto; por lo tanto, requiere oxígeno para crecer. El hongo puede crecer en una variedad de condiciones ambientales; puede crecer a temperaturas que oscilan entre 6 y 47°C. Como mesófilo, su rango de temperatura óptimo es de 35-37°C. Puede tolerar un pH que oscila entre 1,5 y 9,8. 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. El hongo se cultiva más comúnmente en agar papa dextrosa (PDA), pero puede crecer en muchos tipos diferentes de medios de cultivo, incluido el agar Czapek-Dox, el agar lignocelulosa y varios otros.

Genoma

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

Dos cepas de A. niger han sido secuenciados. 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 industrial (CA). El A. niger El genoma ATCC 1015 fue secuenciado por el Joint Genome Institute en colaboración con otras instituciones. Las secuencias completas se han utilizado para descubrir genes ortólogos y vías involucradas en el metabolismo fúngico, específicamente el catabolismo de los monosacáridos. La habilidad de A. niger 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. Níger.

Usos industriales

Hay dos formas de cultivar Aspergillus niger con fines industriales: fermentación en estado sólido (SSF) y fermentación sumergida (SmF). SSF utiliza un sustrato sólido con nutrientes y humedad mínima para cultivar microorganismos. Los 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. SSF brinda un mejor rendimiento de productos microbianos y es más rentable que SmF debido al uso de subproductos agrícolas. SSF se usa predominantemente sobre SmF. En SmF, los microbios se cultivan en un medio líquido dentro de grandes recipientes de fermentación aséptica. 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.

Aspergillus niger se cultiva para facilitar la producción industrial de muchas sustancias. 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. A. niger la fermentación es "generalmente reconocida como segura" (GRAS) por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos bajo la Ley Federal de Alimentos, Drogas y Cosméticos. A. niger también se está considerando como una nueva fuente potencial de pigmentos naturales de calidad alimentaria.

La producción de ácido cítrico (CA) se logra mediante el cultivo de 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. 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. 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.

A. niger produce muchas enzimas útiles para el catabolismo de biopolímeros con el fin de obtener nutrientes de su entorno. La producción de enzimas específicas se puede aumentar para fines industriales. Por ejemplo, A. niger la glucoamilasa (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 la sidra y el 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. Otro uso para A. niger dentro de la industria de la biotecnología está en la producción de variantes de macromoléculas biológicas que contienen isótopos magnéticos para el análisis de RMN. 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 para β-D-glucosa.

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

Aspergillus niger puede crecer en soluciones de extracción de oro que contienen complejos de cianometales con oro, plata, cobre, hierro y zinc. El hongo también juega un papel en la solubilización de sulfuros de metales pesados. A. niger también se ha demostrado que remedia el drenaje ácido de la mina a través de la biosorción de cobre y manganeso.

Toxicidad

A. niger produce una amplia variedad de metabolitos secundarios, algunos de los cuales son micotoxinas denominadas ocratoxinas, como la ocratoxina A. Contaminación por hongos filamentosos, como A. niger, ocurre con frecuencia en uvas y productos a base de uva, 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 condiciones de salud graves. Las consecuencias potenciales del envenenamiento por OTA incluyen daño renal, insuficiencia renal y cáncer, pero la Administración de Drogas y Alimentos 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 productos alimenticios.

Patogenicidad

Patógeno vegetal

Aspergillus niger puede causar infecciones de moho negro en ciertas legumbres, frutas y verduras como maní, uvas y cebollas, lo que hace que el hongo sea un contaminante común de los alimentos. 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). Estas características hacen que las infecciones de A. niger una causa común de descomposición poscosecha en frutas y verduras, que puede conducir a pérdidas económicas significativas en la industria alimentaria. 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 la maduración. Específicamente, Aspergillus niger causa fumagina en cebollas y plantas ornamentales.

Patógeno humano

A. niger es patógena. La aspergilosis es una infección fúngica causada por esporas de especies de moho Aspergillus de interior y exterior. Debido a la naturaleza ubicua de A. niger, los humanos suelen inhalar sus esporas del entorno que los rodea. La infección por aspergilosis generalmente ocurre en personas con sistemas inmunológicos comprometidos o afecciones pulmonares preexistentes como asma y fibrosis quística. Los tipos de aspergilosis incluyen aspergilosis broncopulmonar alérgica (ABPA), sinusitis aspergillus alérgica, aspergillus fumigatus resistente a los azoles, aspergilosis cutánea (piel) y aspergilosis pulmonar crónica. De las aproximadamente 180 especies de moho aspergillus, se ha encontrado que aproximadamente 40 especies causan problemas de salud en humanos inmunocomprometidos. La aspergilosis es particularmente frecuente entre los trabajadores de la horticultura 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 se puede inhalar cuando se les molesta. La otomicosis, que es una infección micótica superficial del canal auditivo, es otro trastorno que puede ser causado por el crecimiento excesivo de mohos Aspergillus como A. niger. 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. A. niger rara vez causa neumonía en comparación con otras especies de Aspergillus, como Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus y Aspergillus terreus.

Galería

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  A. niger creciendo en un plato Petri