El hierro (Fe) es un elemento esencial para casi todos los seres vivos, ya que participa en funciones celulares clave, como la respiración y la fotosíntesis. Sin embargo, a pesar de su abundancia en la corteza terrestre, su presencia en los ecosistemas marinos, especialmente en aguas alejadas de la costa, es muy limitada. Esta escasez es particularmente marcada en el océano Austral, donde la corriente circumpolar antártica restringe el aporte de hierro desde otras regiones y donde el hielo antártico lo mantiene retenido en el continente.

Además de su cantidad, la forma química en la que se encuentra el hierro influye considerablemente en su aprovechamiento biológico. En la naturaleza, el hierro está predominantemente en la forma de Fe³⁺, formando sales e hidróxidos de muy baja solubilidad, lo que dificulta su captación por los organismos. 

Para superar esta limitación, muchos microorganismos y plantas han desarrollado estrategias especializadas, entre las que destaca la producción de sideróforos como una estrategia eficaz para su obtención.

Los sideróforos son pequeñas moléculas con una alta afinidad por el hierro que actúan como agentes quelantes, es decir, compuestos capaces de formar complejos estables con metales, secuestrando el Fe³⁺ y transportándolo al interior celular, donde es reducido a Fe²⁺, una forma más soluble y disponible para el metabolismo. La liberación del hierro dentro de la célula ocurre mediante enzimas de tipo esterasas, que hidrolizan el sideróforo y liberan el metal. Posteriormente, los restos moleculares del sideróforo son excretados al medio extracelular (fig. 1).

A pesar de su importancia funcional, la diversidad química de los sideróforos producidos por microorganismos de ambientes antárticos ha sido muy poco explorada. Los estudios existentes se han centrado principalmente en bacterias y levaduras, analizando el potencial biotecnológico de los sideróforos que producen, así como los genes involucrados en su biosíntesis y transporte. 

Sin embargo, no se han aislado e identificado químicamente cuáles son los sideróforos específicos sintetizados por estos organismos. Este conocimiento es aún mucho más limitado en el caso de los hongos filamentosos, donde hasta el momento no se ha llevado a cabo ningún estudio.

Como parte de nuestras investigaciones sobre el metabolismo de hongos del género Pseudogymnoascus, uno de los géneros fúngicos prevalentes en la Antártica, hemos estudiado los sideróforos producidos por P. verrucosus FAE27, una cepa obtenida de una esponja marina recolectada en la bahía Fildes (isla Rey Jorge) a unos 6 m de profundidad (fig. 2A).

Inicialmente, para evaluar la producción de sideróforos en cultivos de P. verrucosus FAE27, se empleó el ensayo CAS (cromo azurol S) en medio sólido (fig. 2B), una técnica colorimétrica ampliamente utilizada para detectar este tipo de compuestos, ya que el complejo ferricromogénico cambia de color de azul a amarillo cuando el hierro que contiene es captado por los sideróforos.

Una vez confirmada la producción de sideróforos, cultivamos el hongo en condiciones controladas en laboratorio utilizando un medio específico sin hierro en su composición. Los sideróforos presentes en el caldo de fermentación fueron extraídos con solventes orgánicos y purificados mediante cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC).

Los análisis de espectroscopía de masas y resonancia magnética nuclear revelaron la presencia de ocho compuestos del tipo fusarinina, una de las principales familias de sideróforos. 

En particular, identificamos que el sideróforo secretado por P. verrucosus FAE27 es el trímero cíclico N,N’,N’’-triacetil-Z-L-fusarinina C (TAFC) (Figura 3). Además, detectamos otros compuestos previamente descritos en la literatura como productos de degradación de la TAFC: tres monómeros, Z-L-fusarinina (F), N-acetil-Z-L-fusarinina (AF) y N-acetil-Z-L-fusarinina-metiléster (AFM), un trímero lineal N,N’,N’’-triacetil-Z-L-fusarinina B (TAFB) y un dímero N,N’-diacetil-Z-L-fusarinina A (DAFA). 

Interesantemente, también se identificaron dos compuestos nuevos no descritos hasta el momento: un dímero y un trímero de fusarinina parcialmente acetilados, N,N’-diacetil-Z-L-fusarinina B (DAFB) y N-acetil- Z-L-fusarinina A (AFA). 

El hallazgo de estos compuestos parcialmente acetilados es particularmente relevante, ya que sugiere la posible participación de enzimas desacetilasas en la liberación del hierro dentro de la célula, además de las esterasas previamente descritas, abriendo nuevas líneas de investigación sobre este mecanismo.

Dado que los compuestos identificados como productos de degradación de la TAFC fueron aislados en alta concentración, decidimos evaluar si todos ellos o solo algunos poseían actividad como sideróforos, es decir, si eran capaces de captar Fe³⁺, transportarlo al interior celular y permitir el crecimiento del hongo. 

Para ello, realizamos ensayos biológicos de respuesta de crecimiento (fig. 4) en medios deficitarios en hierro. Los resultados demostraron que, cuando se suministran estos compuestos de manera exógena, el hongo es capaz de crecer. 

De este modo, se ha comprobado por primera vez, que, aunque los trímeros lineales, los dímeros y los monómeros de fusarinina detectados en el medio de cultivo, son productos originados por la degradación de la TAFC, también poseen actividad biológica como sideróforos. Esto podría representar una estrategia de reutilización de todos los compuestos generados tras la hidrólisis de la TAFC, lo que merece ser estudiado en mayor profundidad.  

Es importante destacar que este estudio presenta el primer análisis detallado de los sideróforos sintetizados por un hongo filamentoso aislado en el ecosistema antártico, un entorno donde el hierro es, en general, un recurso escaso. 

Los resultados presentados no solo constituyen una contribución significativa al conocimiento de este tipo de compuestos en microorganismos de la Antártica, sino que abre nuevas vías de investigación sobre las estrategias de captación de hierro mediadas por sideróforos. 

Finalmente, es importante destacar que, debido a su capacidad para quelar hierro, los sideróforos tienen un gran potencial aplicado en diversas áreas. En medicina, pueden utilizarse para el transporte de fármacos o como agentes en el diagnóstico de enfermedades infecciosas fúngicas. En agricultura, pueden mejorar la absorción de hierro en cultivos, favoreciendo el crecimiento de plantas en suelos pobres en nutrientes. 

Así, el descubrimiento de nuevos sideróforos en hongos antárticos podría inspirar futuras aplicaciones biotecnológicas, contribuyendo al desarrollo de soluciones innovadoras en múltiples campos.

Figura 1. Esquema de la captación y utilización del hierro mediada por el sideróforo N,N’,N’’-triacetil-Z-L-fusarinina C (TAFC) en hongos filamentosos. 

Figura 2. A. Colonias de P. verrucosus FAE27 en medio estándar de agar dextrosa patata. B. Colonia de P. verrucosus FAE27 creciendo en un medio sólido específico para la producción de sideróforos al que se le ha añadido el complejo CAS (azul). Se puede observar el halo de color naranja que indica la presencia de compuestos sideróforos.  

Figura 3. Estructura de la N,N’,N’’-triacetil-Z-L-fusarinina C (TAFC), trímero cíclico compuesto por tres monómeros de fusarinina, cada uno de ellos acetilado en el extremo N-terminal. Mediante un círculo de color azul se destaca la conexión entre los monómeros. La TAFC es el producto final de la vía de biosíntesis de sideróforos extracelulares en el hongo P. verrucosus FAE27.

Figura 4. Ensayo de respuesta de crecimiento de P. verrucosus FAE27 en un medio deficiente en hierro. En el control negativo, donde no se ha adicionado ningún sideróforo, se observa la ausencia de crecimiento del hongo. En cambio, cuando el medio es suplementado con los compuestos aislados de la familia de las fusarininas, se observa la formación de colonias. 

Agradecimientos

Esta investigación fue financiada por el Proyecto de Apoyo de Tesis INACH DG_14_19, la Beca ANID Doctorado Nacional Folio 21180477, y el Proyecto ANID FONDECYT 1211830. Además, se agradece al equipo del laboratorio PRONAMAR del Centro Interdisciplinar de Química e Bioloxía (CICA) de la Universidade da Coruña, España, y especialmente a los Dres. Carlos Jiménez y Jaime Rodríguez, por su colaboración en este trabajo, así como por la oportunidad de realizar una pasantía en su laboratorio.