Caracterización molecular de probables cepas de Xanthophyllomyces dendrorhous aisladas desde la Antártica Chilena y análisis de la producción de metabolitos con potencial biotecnológico

Abstract

Los microorganismos antárticos han desarrollado diferentes mecanismos de adaptación para vivir en esta extrema región, tales como modificaciones en los componentes de la membrana como los ácidos grasos y esteroles que regulan su fluidez. Por otra parte, algunos microorganismos sintetizan metabolitos que confieren fotoprotección como los carotenoides y micosporinas. En la XLVI Expedición Científica Antártica, año 2010, se recolectaron muestras de suelo en la Isla Rey Jorge de la Península Antártica y a partir de ellas, se aislaron trece levaduras con fenotipo macromorfológico similar a la levadura Xanthophyllomyces dendrorhous. Esta levadura es de gran relevancia en biotecnología ya que puede sintetizar el carotenoide astaxantina, un poderoso antioxidante que es utilizado en la acuicultura para la pigmentación de salmones. Los aislados antárticos fueron llamados ANCH01 a 13, y el objetivo de este trabajo fue su caracterización molecular y la evaluación de la producción de carotenoides, micosporinas, ergosterol y ácidos grasos. Estos aislados fueron identificados como X. dendrorhous según análisis de su secuencia de rDNA. Los trece aislados no mostraron diferencias en las secuencias nucleotídicas de rDNA y del gen COXI, ni en los análisis de la presencia de elementos genéticos extra-cromosómicos o ensayos de mini/micro satélites primed PCR. Para la evaluación de producción de metabolitos, los aislados antárticos fueron agrupados de acuerdo a su pigmentación y se escogió ANCH01, ANCH06 y ANCH08 de color rojo, amarillo pálido y amarillo, respectivamente, para los análisis posteriores. ANCH01 produce aproximadamente hasta ocho veces más astaxantina en comparación con la cepa silvestre de X. dendrorhous aislada de Japón. Por otra parte, el principal carotenoide producido por ANCH06 y ANCH08 fue el ẞ-caroteno, en vez de astaxantina. A diferencia de otras cepas silvestres de X. dendrorhous, los aislados ANCHs no producen micosporinas. Además, ANCH06 fue más tolerante a la radiación UV-B luego de tres horas de exposición, en comparación a las otras cepas estudiadas. Por último, los tres aislados antárticos mostraron una mayor proporción de ácidos grasos poliinsaturados en comparación con las cepas silvestres analizadas. En conclusión, los aislados antárticos de X. dendrorhous son fenotípicamente diferentes a otras cepas silvestres, incluyendo las características que los hacen más resistente en su hábitat original, que a su vez tienen potencial biotecnológico.

Antarctic microorganisms have developed different strategies to live in their environments, such as modifications in their membrane components including fatty acids and sterols that regulate their fluidity. Furthermore, some microorganisms synthesize photoprotective metabolites, such as carotenoids and mycosporines. In the XLVI Antarctic Scientific Expedition, in the year 2010, soil samples were collected at King George Island in the Antarctic Peninsula. From these samples, thirteen yeasts colonies were isolated that shared a similar phenotype to Xanthophyllomyces dendrorhous. X. dendrorhous is a relevant yeast in biotechnology because it can synthesize the carotenoid astaxanthin, which is a powerful antioxidant used in aquaculture for salmonid fish pigmentation. The Antarctic isolates were named ANCH01 to 13 and the aim of this work was to characterize them molecularly and to evaluate the production of carotenoids, mycoporines, ergosterol and fatty acids. These isolates were identified as X. dendrorhous according to their rDNA sequence analysis. These isolates did not display any differences at their rDNA and COX1 gene nucleotide sequences, neither by micro/mini satellite primed PCR nor by extra-chromosomal genetic elements analyses. For the metabolite production analyses, the Antarctic isolates were clustered according to their red, pale yellow and yellow pigmentation, choosing as representatives ANCH01, ANCH06 and ANCH08, respectively. ANCH01 produces approximately eight-fold more astaxanthin than the X. dendrorhous wild-type strain isolated from Japan. Moreover, the main carotenoid produced by ANCH06 and ANCH08 was B-carotene instead of astaxanthin. In contrast to other X. dendrorhous wild-type strains, the ANCH isolates do not produce mycosporines. ANCH06 was more tolerant to UV-B radiation after three hours of exposure, compared to the other wildtype strains. Finally, the Antarctic isolates had a higher proportion of polyunsaturated fatty acids than the other analyzed strains. In conclusion, the Antarctic X. dendrorhous isolates are phenotypically different from other wild-type strains, including characteristics that make them more resistant to inhabit their original habitat, which also have biotechnological potential.