Bioprospecting to find new molecules with fungicidal potential and plastic degrading enzymes from the Atacama Desert and Atacama Trench

Abstract

This doctoral thesis explores the biotechnological potential of extremophiles in two of Earth's most inhospitable environments, the Atacama Trench and the Atacama Desert, assessing how these organisms, adapted to extreme conditions, can be harnessed to address global challenges in health, agriculture, and environmental sustainability. The research begins with an analysis of microbial diversity in the Atacama Trench, where conditions such as high pressure, low temperatures, and nutrient scarcity prevail. Metagenomic sequencing reveals a rich ecosystem dominated by Proteobacteria, Bacteroidota, and Actinobacteriota. This study uncovers the presence of biosynthetic gene clusters, suggesting significant potential for the synthesis of new bioactive compounds, which could be crucial for drug development and the enhancement of industrial processes. Furthermore, the thesis investigates the use of these microorganisms in controlling Botrytis cinerea in agriculture. Through trials, extremophilic strains that effectively inhibit the growth of this fungus are identified, with specific isolates showing inhibition rates over 90%. This discovery highlights the viability of extremophiles as biocontrol agents and offers a sustainable alternative to conventional chemical pesticides. The thesis also addresses the environmental issue of plastic pollution, focusing on the degradation of polyethylene terephthalate (PET). The enzymatic capabilities of extremophiles from the Atacama Desert are studied, leading to the identification of enzymes such as G34 and S26b, which demonstrate high efficiency in breaking down PET ester bonds. These findings point to promising industrial applications for waste management and reinforce the concept of environmental sustainability through the use of extremophile-based biotechnology. In conclusion, this thesis underscores the significance of extremophiles as biotechnological resources capable of contributing to solving critical problems across multiple sectors. By integrating genomic, bioinformatic, and enzymological approaches, significant advancements are made in understanding and practically applying extremophile biology for human and environmental benefit.

Esta tesis doctoral explora el potencial biotecnológico de extremófilos en dos de los ambientes más inhóspitos de la Tierra: la Fosa de Atacama y el Desierto de Atacama, evaluando cómo estos organismos adaptados a condiciones extremas pueden ser aprovechados para enfrentar desafíos globales en salud, agricultura y sostenibilidad ambiental. La investigación comienza con un análisis de la diversidad microbiana en la Fosa de Atacama, donde condiciones como altas presiones, bajas temperaturas y escasez de nutrientes predominan. Mediante secuenciación metagenómica, se descubre un ecosistema rico dominado por Proteobacteria, Bacteroidota y Actinobacteriota. Este estudio revela la presencia de genes biosintéticos que sugieren un potencial significativo para la síntesis de nuevos compuestos bioactivos, los cuales podrían ser cruciales para el desarrollo de fármacos y la mejora de procesos industriales. Además, se explora el uso de estos microorganismos en el control de Botrytis cinerea en agricultura. A través de ensayos, se identifican cepas extremófilas que inhiben efectivamente el crecimiento de este hongo, con aislados específicos mostrando tasas de inhibición superiores al 90%. Este descubrimiento resalta la viabilidad de los extremófilos como biocontroladores y ofrece una alternativa sostenible a los pesticidas químicos convencionales. La tesis también aborda la problemática ambiental de la contaminación por plásticos, centrándose en la degradación de tereftalato de polietileno (PET). Se estudia la capacidad enzimática de extremófilos del Desierto de Atacama, resultando en la identificación de enzimas como G34 y S26b, que muestran una alta eficiencia en degradar enlaces éster del PET. Estos hallazgos apuntan a aplicaciones industriales prometedoras para la gestión de residuos plásticos y refuerzan el concepto de sostenibilidad ambiental mediante el uso de biotecnología basada en extremófilos. En conclusión, esta tesis destaca la relevancia de los extremófilos como recursos biotecnológicos, capaces de contribuir a la solución de problemas críticos en múltiples sectores. Mediante la integración de enfoques genómicos, bioinformáticos y enzimológicos, se avanza significativamente en la comprensión y aplicación práctica de la biología de extremófilos para el beneficio humano y ambiental.