Comunidades de hongos poliextremófilos de la Patagonia Argentina: biodversidad y Biotecnología

Abstract

Los ambientes fríos representan cerca del 80% de la superficie del mundo, ya sea de forma periódica o permanente. Estos ambientes son diversos y abarcan desde las profundidades oceánicas, los casquetes polares, y los glaciares de montaña, estos últimos son numerosos en la Patagonia Argentina. Los ambientes extremos fríos son propicios para el desarrollo microbiano, haciendo de estos un reservorio importante de microorganismos adaptados a las bajas temperaturas. La variedad de metodologías existentes para el estudio de comunidades microbianas nos permite estudiar el mismo ambiente con diferentes perspectivas, las metodologías clásicas de cultivo permiten obtener los microorganismos para su estudio y posible aplicación. En los últimos años se ha intensificado el uso de la secuenciación de amplicones a gran escala en el estudio de la ecología microbiana, lo que permite evaluar la estructura de la comunidad y sus cambios espaciotemporales. La popularidad de estas herramientas se deriva de la capacidad de estudiar microorganismos cultivables y no cultivables. Los hongos son microorganismos clave en los ambientes fríos, pueden presentarse como simbiontes en micorrizas o líquenes y como saprótrofos que contribuyen al ciclo de nutrientes. También, constituyen uno de los grupos de eucariotas más activos metabólicamente en los glaciares y presentan diferentes estrategias para sobrevivir en los ambientes extremos que los hacen interesante para el estudio de diferentes mecanismos de resistencia y para su prospección biotecnológica. Por todo lo mencionado se planteó como objetivo principal de esta tesis contribuir al conocimiento sobre la biodiversidad de las comunidades fúngicas de los ambientes naturales andino-patagónicos, con especial énfasis en las levaduras poli-extremófilas, expuestas a bajas temperaturas y condiciones oligotróficas. También se evaluó la potencialidad biotecnológica de las levaduras nativas como fuente de ácidos grasos de interés industrial. Se estudiaron 3 zonas en el Monte Tronador: glaciar Castaño Overa, río Castaño Overa y glaciar Ventisquero Negro, donde se tomaron muestras de suelo, hielo, nieve y agua. Se aislaron un total de 441 levaduras de las cuales, 106 fueron identificadas a nivel de especie por medios moleculares. La mayoría de las levaduras aisladas, para todos los sustratos, correspondieron al phyllum Basidiomycota. Se aislaron dos posibles especies nuevas, pertenecientes a los géneros Cryolevonia y Solicoccozyma. En base a la secuenciación masiva de amplicones (metagenómica), se registró por primera vez la presencia de quitridios en glaciares patagónicos. De la misma manera se pudo observar la prevalencia de hongos filamentosos ascomicéticos en el suelo y de secuencias pertenecientes a la clase Microbotryomycetes del phyllum Basidiomycota en el hielo, la nieve y el agua. El ambiente estudiado corresponde a un ambiente oligotrófico y la mayoría de las levaduras y hongos identificados, ya sea por medio convencionales de aislamiento o mediante metagenómica, correspondieron a saprobios de vida libre. Dentro de las levaduras nativas seleccionadas en este trabajo, el 42% produjo vacuolas lipídicas, utilizando efluente cervecero como medio de cultivo. Este trabajo representa el primer estudio de relevamiento metagénómico de comunidades de hongos en glaciares del Monte Tronador (Patagonia, Argentina), permitiendo tener un registro de los grupos taxonómicos presentes en estos, comparando estos resultados con los obtenidos para levaduras cultivables. Las levaduras aisladas fueron identificadas y en un grupo de levaduras seleccionadas se analizó la capacidad de producir lípidos utilizando efluentes de la industria cervecera como medio de cultivo. Este trabajo muestra la importancia del estudio de las comunidades de levaduras que habitan los ambientes glaciarios, no solo por la potencialidad biotecnólogica que poseen, y su importancia para el desarrollo tecnológico, si no también porque identifica las especies más relevantes en estos ambientes fríos, muchos de los cuales, probablemente desaparezcan en los próximos años.

Cold environments represent about 80% of the world's surface, either periodically or permanently. These environments are diverse and range from the ocean depths, polar ice to mountain glaciers, the latter are numerous in Patagonia Argentina, and represent an important reservoir of microorganisms adapted to low temperatures. The application of different aproaches for their study enables the investigation of the same environment with different perspectives. The classic methodologies allow to cultivate microorganisms for their study and its possible application. In recent years, the use of next generation sequencing for the study of microbial ecology has been intensified, allowing the evaluation of community structure and its spatio-temporal changes. The popularity of these tools stems from the ability to study cultivable and non-culturable microorganisms. Fungi are key microorganisms in cold environments, they can occur as symbionts in mycorrhizae or lichens and as saprotrophs, and they may have a significant ecological role in organic matter decomposition and nutrients in glacial environments. Also, are the eukaryotes more metabolically active in glaciers, and present different strategies to survive in extreme environments, which make them interesting for the study of different resistance mechanisms and for biotechnological prospecting. For all the above, the main objective of this work was to contribute to the knowledge of the biodiversity of the fungal communities of the Andean-Patagonian glacial environments, with special emphasis on poly-extremophiles yeasts, exposed to low temperatures and oligotrophic conditions. The biotechnological potential of native yeasts as a source of fatty acids of industrial interest was also evaluated. Soil, ice, snow, and water samples were taken from 3 sampling zones on Mount Tronador: Castaño Overa Glacier, Castaño Overa River, and Ventisquero Negro Glacier. A total of 441 yeasts were isolated, and based on their morphological caractheristics 106 were selected and identified to species level. Most of the isolates were related to the phylum Basidiomycota. Two possible new species were obtained related to Cryolevonia and Solicoccozyma genera. Due to metagenomics analysis, the presence of chytrids in glaciers was recorded for the first time for Patagonia Argentina, also the prevalence of ascomycetic filamentous fungi in soil and sequences belonging to Microbotryomycetes class in ice, snow and water, were detected. The studied environments are oligotrophic and the mayority of the yeasts and filamentous fungi identified, corresponded to free-living saprobes. A group of 52 selected isolates, were studied in their ability of accumulate lipid vacuoles, using brewery effluent as culture medium and our results showed that 42% of these isolates presented significant lipid accumulation. This is the first work that includes metagenomic analysis of the fungal community in glaciers of Mount Tronador (Patagonia, Argentina). The taxonomic groups detected were compared with those obtained for cultivable yeastsThis work shows the importance of studying yeast communities that inhabit extreme environments such as glaciers, not only because of their biotechnological potential and their importance for technological development, but also because it registers the most relevant species in these cold environments, many of which will probably disappear in the next few years.