Determinación de actividades enzimáticas extracelulares y antimicrobianas en levaduras antárticas

Abstract

Los microorganismos que colonizan el continente antártico han desarrollado diferentes adaptaciones para poder sobrevivir en las condiciones imperantes en esta región, lo que atrae una atención considerable debido a su importancia en el ciclo biogeoquímicos de nutrientes, su papel ecológico y porque muchas de las propiedades de estos psicrófilos pueden ser aplicadas en campos biotecnológicos e industriales. Para poder sobrevivir los microorganismos psicrofilos han adaptado su metabolismo para utilizar las fuentes de carbono y energía disponibles y "competir" por ellas debido a la pоса biodisponibilidad del alimento. Muchas levaduras sintetizan proteínas o glicoproteínas con efectos tóxicos contra otras levaduras sensibles, lo que les confiere un fenotipo micocida. Se propone que en hábitats naturales la producción de estas toxinas debieran conferir una ventaja en levaduras que poseen este fenotipo por sobre las que no lo poseen (sensibles a las toxinas excretadas), en la competencia por nutrientes. Por ello, el objetivo de este trabajo es caracterizar distintas especies de levaduras aisladas desde muestras de suelo de diferentes islas de la región subantártica y península antártica, de acuerdo a su capacidad de producir enzimas extracelulares y actividad antimicrobiana. A partir de la identificación molecular por marcadores ribosómicos de las cepas obtenidas en las muestras de suelos, se evaluó las actividades hidrolíticas extracelulares en placas parа 16 серas de levaduras. Las actividades evaluadas fueron: proteasa, amilasa, lipasa, pectinasa, esterasa, celulasa, xilanasa, ureasa, fosfatasa, glucosa oxidasa, invertasa y gelatinasa. Se evaluó la actividad antimicrobiana usando el método de azul de metileno en placa, en ensayos cruzados entre las distintas especies de levaduras. Además, para establecer la existencia de competencia entre cepas psicrofilas y correlacionar las levaduras que poseían actividad antimicrobiana con la presencia de Elementos Genéticos Extracromosómicos (EGEs) se analizó la existencia de dsRNA en todas las cepas en estudio. Se obtuvieron resultados positivos para 10 actividades hidrolíticas, en al menos una de las levaduras estudiadas: 1 proteasa, 8 amilasa, 16 lipasa, 6 pectinasa, 9 esterasa, 7 celulasa, 10 ureasa, 15 fosfatasa, 13 invertasa, 5 gelatinasa. Las especies con mayor número de actividades fueron Cryptococcus victoriae M5 y Rhodotorula psychrophenolica con 7 actividades, y las que presentaron un menor número de actividades fueron: Rhodotorula pallida, Rhodotorula glacialis M17, Rhodotorula laryngis M22 y Cryptococcus victoriae D27. Se encontró que las levaduras Rhodotorula fragaria, Rhodotorula mucilaginosa, Cryptococcus sp1., Cryptococcus gilvescens y Cryptococcus victoriae D27, presentan actividad antimicrobiana. Sin embargo, no se obtuvieron resultados coincidentes al comparar los perfiles de actividad antimicrobiana de las diferentes especies de levaduras y su contenido de dsRNAs. Los resultados muestran que las levaduras exhibieron un conjunto eficiente de enzimas extracelulares que actúan a bajas temperaturas, las que son reflejo de las diversas adaptaciones que las levaduras poseen para poder sobrevivir a este clima extremo. Los resultados sugieren además la existencia de competencia entre las especies por medio de la actividad fungistática que presentaron las cepas analizadas.

The microorganisms that colonize the Antarctic continent have developed different adaptations to survive in the conditions prevailing in this region, which attracts considerable attention because of their importance in the biogeochemical cycling of nutrients and their ecological role. In addition, psychrophilic microorganisms can be applied in biotechnological and industrial fields. Cold adapated microorganisms must adapt their metabolism to use sources of carbon and energy available, due to the low bioavailability of food, to "compete" for them. Many yeasts synthesize proteins or glycoproteins with toxic effects against other sensitive yeasts, which gives them a mycocidal phenotype. It is proposed that in natural habitats, the production of these toxins should confer a competitive advantage in competition for nutrients and space. Therefore, the objective of this work was to characterize different species of yeasts isolated from soil samples from different islands of the sub-Antarctic and Antarctic Peninsula, considering their ability to produce extracellular enzymes and antimicrobial activity. The extracellular activities tested were: protease, amylase, lipase, pectinase, esterase, cellulase, xylanase, urease, phosphatase, glucose oxidase, invertase and gelatinase. The antimicrobial activity was evaluated in cross-test assays among the different yeast species, using the method of methylene blue in plates. One of the genetic determinants for the production of antimicrobials in yeasts are extrachromosomal double stranded RNA molecules. The existence of this kind of genetic element was evaluated in all yeast species studied. Positive results were obtained for 10 hydrolytic activities in at least one yeast species: 1 protease, 8 amylases, 16 lipases, 6 pectinases, 9 esterases, 7 cellulases, 10 ureases, 15 phosphatases, 13 invertases and 5 gelatinases. The species with the highest number of activities were Cryptococcus victoriae M5 and Rhodotorula psychrophenolica with 7 activities, and the ones presenting fewer activities were: Rhodotorula pallida, Rhodotorula glacialis M17, Rhodotorula laryngis M22 and Cryptococcus victoriae D27. It was found that the yeasts Rhodotorula fragaria, Rhodotorula mucilaginosa, Cryptococcus sp1, Cryptococcus victoriae, and Cryptococcus gilvescens D27, have antimicrobial activity; however, the phenotype was not encoded by dsRNAs molecules. The results showed that yeasts possess an efficient set of extracellular enzyme activities that work at low temperatures, which reflect the various adaptations that yeasts possess in order to survive this extreme weather. The results also suggest the existence of competition between species through fungistatic activity showed in the tested strains.