Los hongos filamentosos cumplen roles fundamentales en los ecosistemas, participando activamente tanto en la degradación como en la síntesis de compuestos orgánicos. Uno de sus atributos más destacados es la capacidad de producir metabolitos secundarios: pequeñas moléculas con estructuras complejas y una diversidad de funciones biológicas. Muchas de ellas han sido aprovechadas por el ser humano, como la penicilina, el primer antibiótico descubierto a partir de un hongo. 

Dentro de los hongos filamentosos, los del género Pseudogymnoascus se han caracterizado por distribuirse ampliamente en ambientes fríos, con múltiples aislados reportados en el hemisferio norte. Aunque en las últimas décadas este género ha ganado notoriedad por la especie patógena Pseudogymnoascus destructans, causante de enfermedades en murciélagos, el resto del grupo se distingue por su inocuidad y su alto potencial biosintético. En la Antártica, sin embargo, este grupo ha sido poco explorado.

Con el objetivo de comprender mejor a los hongos de este género en el territorio antártico, el Laboratorio de Química Microbiológica de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile ha desarrollado un cepario compuesto por más de 100 hongos filamentosos aislados desde esponjas marinas colectadas en la bahía Fildes, isla Rey Jorge. Los análisis filogenéticos realizados revelaron que aproximadamente un 70 % de estas cepas correspondían al género Pseudogymnoascus y en 2021 nuestro laboratorio logró identificar cuatro nuevas especies del género presentes en estas muestras: P. antarcticus, P. australis, P. griseus y P. Lanuginosus.

Dentro del cepario, la cepa Pseudogymnoascus sp. FAE27 (fig. 1) destacó por su actividad biológica, mostrando potencial para la producción de compuestos con propiedades antitumorales y antibacterianas. 

Dado su prometedor perfil bioactivo, se decidió caracterizar en profundidad a FAE27 mediante herramientas de minería genómica. En el marco de mi tesis de magíster en Ciencias Biológicas y con el apoyo del Fondo de Apoyo a Tesis de Postgrado en Temas Antárticos de INACH para el proyecto “Anotación del hongo antártico Pseudogymnoacus verrucosus FAE27: identificación y análisis bioinformático de genes implicados en la asimilación de nitrógeno y en la biosíntesis de metabolitos secundarios nitrogenados”, se realizó la secuenciación y anotación funcional y caracterización del genoma de este hongo. 

Este trabajo constituye el primer análisis genómico de una cepa del género aislada desde el Territorio Chileno Antártico y representa un paso clave para ampliar el conocimiento sobre la biología, metabolismo y diversidad genética de este grupo fúngico en ambientes extremos.

Conociendo a Pseudogymnoascus FAE27

La secuenciación del genoma de Pseudogymnoascus sp. FAE27 reveló un tamaño de 35,9 millones de pares de bases, consistente con otras especies del mismo género. Mediante herramientas bioinformáticas, se identificaron más de 11.000 proteínas codificadas, muchas de ellas asociadas a funciones biológicas conocidas. 

Desde una perspectiva evolutiva, se construyó un árbol filogenético de máxima verosimilitud utilizando proteínas conservadas, el cual posicionó a FAE27 como especie hermana de Pseudogymnoascus verrucosus, cepa originalmente aislada desde el hemisferio norte. 

Esta relación es llamativa, ya que sugiere que el llamado clado E (o “complejo verrucosus”) incluye cepas originarias de regiones árticas como Canadá, Rusia y Estados Unidos, así como ahora también de la Antártica. Esta distribución bipolar sugiere una notable capacidad de adaptación del grupo a ambientes fríos y plantea preguntas interesantes sobre la historia evolutiva y biogeográfica del género, además de reforzar la hipótesis de que podría tratarse de hongos psicrófilos o psicrotolerantes.

En la figura 2 se muestra el árbol de máxima verosimilitud basado en 500 proteínas de BUSCO compartidas entre distintas cepas del género Pseudogymnoascus, además de Botritys cinerea, que se utilizó como outgroup. Los números en los nodos representan los valores de Bootstrap obtenidos. En color se muestra el clado verrucosus (E) donde se encuentra la cepa de estudio Pseudogymnoascus sp. FAE27.

A nivel funcional, FAE27 comparte una gran cantidad de genes con otras especies del género. Sin embargo, al compararla con la especie patógena Pseudogymnoascus destructans, responsable del “síndrome de la nariz blanca” en murciélagos, se observaron claras diferencias. Esto refuerza la idea de que FAE27, al igual que muchas otras cepas del género, no presenta características genómicas asociadas al patogenicidad, lo que la hace más segura desde un punto de vista ecológico y biotecnológico.

Uno de los hallazgos más llamativos fue la presencia de una segunda copia del gen de la nitrato reductasa, una enzima clave en el metabolismo del nitrógeno. Esta duplicación, fue estudiada y se encontró conservada en casi todas las especies del género (excepto en P. destructans), sugiriendo una posible adaptación metabólica que no había sido descrita anteriormente en la literatura. Este tipo de descubrimientos permite imaginar nuevas funciones ecológicas para estos hongos en ambientes extremos como la Antártica.

Otro aspecto central del estudio fue el análisis de los metabolitos secundarios, compuestos que pueden tener funciones como defensa contra bacterias o competencia con otros microorganismos. En el caso de FAE27, se identificaron 29 clústeres biosintéticos responsables de la producción de estos compuestos (fig. 3). Solo nueve de ellos tienen similitud con clústeres ya conocidos, lo que sugiere que el resto podría dar origen a metabolitos nuevos y aún no descritos. 

Uno de estos clústeres corresponde a la ruta de síntesis del ácido clavárico, un compuesto con propiedades antibióticas. Dado el alto grado de similitud genómica con P. verrucosus y la relevancia de P. destructans, se compararon los clústeres biosintéticos entre estas especies. Se encontró que la mayoría de los clústeres de FAE27 presentaban pares homólogos en P. verrucosus, cepa que solo presenta 27 clústeres. Los que no presentaban homólogos, un clúster corresponde a las clases de las policétido sintasas (PKS), tres a péptidos no ribosomales (NRPS) y uno a terpenos. Estas diferencias sugieren que la cepa antártica identificada podría tener un repertorio químico interesante y con adaptaciones específicas para el continente antártico. 

En resumen, el análisis genómico de Pseudogymnoascus sp. FAE27 no solo entrega información detallada sobre su biología y parentesco evolutivo, sino que también destaca su potencial como fuente de nuevos compuestos bioactivos. Su similitud con especies del hemisferio norte, sumada a la presencia de características únicas, sugiere que estos hongos podrían cumplir roles ecológicos clave en ambientes fríos y representar una reserva poco explorada de diversidad genética y química.

Figuras

Figura 1. Fotografías de cultivo en placa (PDA) de la cepa Pseudogymnoascus sp. FAE27.

Figura 2. Árbol filogenético de máxima verosimilitud de cepas analizadas del género Pseudogymnoascus.

Figura 3. Cantidad de clusters de biosíntesis de metabolitos secundarios predichos en los genomas de Pseudogymnoascus destructasns,  Pseudogymnoascus verrucosus y Pseudogymnoascus sp. FAE27.