Metabolito secundario
1 Introducción
Los metabolitos secundarios (SMS) son compuestos con estructuras químicas variadas y sofisticadas, producidos por microorganismos después de la fase de crecimiento rápido. Estos compuestos no son esenciales para el crecimiento, por lo que se han descrito como SMS en oposición a los metabolitos primarios (como aminoácidos, nucleótidos, lípidos e hidratos de carbono).
Aunque los antibióticos son los SMS más conocidos, las últimas décadas han sido una fase de rápido descubrimiento de nuevas actividades y desarrollo de compuestos importantes de uso en diferentes campos industriales, especialmente farmacéuticos y cosméticos, alimentos, agricultura y agricultura. Los SMS microbianos se están aplicando cada vez más a enfermedades que antes solo se trataban con drogas sintéticas; por ejemplo, como antiinflamatorios, hipotensores, antitumorales, anticolesterolémicos, uterocontractantes y antiparasitarios. Además, se están utilizando nuevos metabolitos microbianos en campos no médicos como la agricultura, con herbicidas importantes, insecticidas, reguladores del crecimiento de las plantas y herbicidas y pesticidas respetuosos con el medio ambiente, así como otros productos industriales como pigmentos y tensioactivos .
De los estudios en medio líquido, ahora se sabe que la producción de SMS comienza cuando el crecimiento está limitado por el agotamiento de un nutriente clave: carbono, nitrógeno o fuente de fosfato (desplazamiento nutricional hacia abajo). Por ejemplo, la biosíntesis de penicilina por Penicillium chrysogenum comienza cuando la glucosa se agota del medio de cultivo y el hongo comienza a consumir lactosa, un azúcar menos utilizado . Por lo tanto, el cultivo se dirige hacia una fase de crecimiento relativamente corta y una fase de producción larga y eficiente. En otras palabras, diferentes productos (metabolitos únicos, enzimas, etc.) necesita un diseño y control de procesos de fermentación diferentes.
En consecuencia, es importante tener en cuenta que el producto es un SM y también su regulación, para diseñar un proceso eficiente, con el(los) nutriente (s) limitante (es) adecuado (s). Además, la comprensión de la regulación de los SMS ha sido tradicionalmente la base para el diseño del proceso y también una ayuda para desarrollar cepas de producción.
Sin embargo, la llegada de la ingeniería genética, la genómica y otras herramientas moleculares sofisticadas han promovido un avance muy rápido en la comprensión de la regulación de la SM que solo se está aplicando lentamente.
Los estudios indican que, además de los estímulos nutricionales (agotamiento de nutrientes), hay otros estímulos ambientales inesperados que inducen el SMs, como la intensidad de la luz, el pH y el estado redox. Además, se ha encontrado que incluso las moléculas pequeñas, que representan la comunicación intra o entre especies, pueden inducir SMs.
Estos nuevos estudios han revelado un panorama más complejo de la regulación SM, con diferentes niveles jerárquicos, incluida la regulación epigenética, los reguladores globales y los reguladores específicos de las vías. Estos circuitos reguladores generalmente son activados por sistemas que detectan estas diferentes señales ambientales (cascadas de transducción de señales).
Esto tiene sentido, ya que en su hábitat natural los microorganismos (hongos y actinomicetos en particular) están óptimamente adaptados para detectar y responder a las condiciones ambientales como temperatura, humedad, disponibilidad de nutrientes, competidores e incluso posibles parejas de apareamiento, a menudo respondiendo con SMs.
En fermentaciones industriales convencionales, aunque en un entorno muy artificial, los microorganismos aún se adhieren a su herencia evolutiva de regulación génica de acuerdo con las señales detectadas en su entorno. Esto significa que faltan muchas señales importantes en estos reactores de fermentación sumergida (SmF) y, por lo tanto, el potencial de producción total del microorganismo está muy probablemente subexplotado.
Por otro lado, la fermentación de estado sólido (SSF) puede proporcionar condiciones ambientales más cercanas a las de su hábitat natural, por lo que esto podría explicar el excelente rendimiento en cuanto a la producción de SMs y enzimas en este sistema de cultivo.
Los estudios han identificado estímulos ambientales específicos de SSF que tienen un efecto enorme sobre la producción de SM. Por lo tanto, la lista de estímulos inductores de SMS se ha alargado, lo que representa nuevas oportunidades para diseñar mejores procesos y detectar posibles objetivos de mejora genética.
La primera parte de este capítulo revisa los mecanismos clásicos que controlan el SMs y describe algunas aplicaciones en proceso y mejora de deformación. La segunda sección describe la nueva y ampliada visión de la regulación en sus diferentes niveles. Después de esto, se examinan los hallazgos sobre la regulación de SM en SSF, y su relación con las señales ambientales específicas de SSF que inducen SM. La última sección revisa las aplicaciones reales y potenciales de estos nuevos hallazgos para el desarrollo de procesos y la mejora genética de cepas.