Producción de metabolitos insecticidas por Paecilomyces fumosoroseus en fermentación líquida y sólida Público Deposited

Paecilomyces fumosoroseus es uno de los agentes de biocontrol más efectivos contra la mosquita blanca, Bemisia spp. y puede ser cultivado, tanto en fermentación sólida (FS), como en fermentación líquida (FL). Al igual que otros hongos entomopatógenos, este microorganismo produce metabolitos, como péptidos cíclicos, ácido dipicolínico (DPA) y ácido oxálico (OXA), que pueden tener actividad insecticida in vivo y/o in vitro. Sin embargo, los efectos del medio, condiciones de cultivo y sistema de fermentación sobre su producción y la de otros metabolitos con posible actividad insecticida son poco conocidos. El trabajo desarrollado estuvo dividido en dos partes. La primera de ellas referida a la búsqueda de otros metabolitos con potencial insecticida sintetizados por el hongo. Para ello se montó un bioensayo con Artemia salina. La segunda parte del trabajo estuvo referida al estudio de la influencia del sistema de fermentación, la composición del medio y las condiciones de cultivo sobre la producción de biomasa y de los principales metabolitos insecticidas de P. fumosoroseus. Se encontró que P. fumosoroseus produce, además de DPA, OXA en cantidades importantes (2.5-7.5 g L¯¹), superiores a las producidas por otros hongos entomopatógenos. Este metabolito resultó ser el componente activo principal de las fracciones tóxicas de los sobrenadantes del cultivo del hongo. Sin embargo, debido a las concentraciones altas de OXA, a la interferencia producida por algunos componentes de los medios de cultivo, así como a la sensibilidad del bioensayo utilizado, no se pudo establecer la presencia de otros metabolitos, como péptidos cíclicos, con potencial insecticida. Se observó que en FL en matraz, la síntesis de DPA fue inhibida a concentraciones elevadas de calcio (≈ 2700 µM), mientras que la producción de OXA, DPA y pigmentos, probablemente sideróforos, se vio favorecida a concentraciones bajas de zinc (≤ 1 µM), en desmedro de la síntesis de biomasa. Sin embargo, en FS, el zinc no tuvo efecto sobre la producción de OXA y DPA, además que en este sistema de cultivo hubo un incremento notable en la velocidad de crecimiento y el consumo de sustratos, siendo el carbono utilizado preferentemente para la formación de biomasa. Estos resultados indican que P. fumosoroseus responde de manera diferente a la escasez de zinc si se cultiva en FL o en FS y que estas diferencias pudieran deberse a desequilibrios entre la demanda bioquímica y la provisión de oxígeno ya que la orientación metabólica depende su suministro. Se sabe que en FS, hay una transferencia de oxígeno relativamente mayor y más eficiente que en FL. En FL, en fermentador sin limitación de oxígeno (OD > 60%), hubo un incremento notable en la productividad de OXA (≈ 20 veces) y DPA (≈ 7.6 veces) en relación a los cultivos en matraz, probablemente gracias al control del pH. Sin embargo, bajo limitación de oxígeno (OD ≈ 0%), el flujo de carbono fue direccionado preferentemente hacia la formación de biomasa y propágulos infectivos sumergidos antes que a la de ácidos orgánicos.

Paecilomyces fumosoroseus, one of the most effective biocontrol agents for whitefly Bemisia spp., can be cultivated both in liquid (LF) and solid-state fermentation (SSF) systems. As other entomopathogenic fungi, this fungus produces metabolites like cyclic peptides, dipicolinic acid (DPA) and oxalic acid (OXA), which can have insecticidal activity either in vivo or in vitro. However, scarce information about how culture media, culture conditions and fermentation systems can enhance DPA and other insecticidal metabolites production is available. This study was developed following two ways. First, the production of putative insecticidal metabolites was investigated; through a bioassay with the brine shrimp Artemia salina. On the other hand, the influence of broth composition, culture conditions and fermentation systems on biomass, DPA and OXA production was assessed. It was observed that P. fumosoroseus produces, besides DPA, oxalic acid (OXA), at higher concentrations than other entomopathogenic fungi (2.5-7.5 g L¯¹). Oxalic acid was identified as the main active principle in the broth culture supernatants that were toxic to A. salina. However, due to the residual nutrients interference, the high bioassay sensibility and the high titers of OXA, no other insecticidal metabolites could be identified. During flask shake cultures, DPA production was inhibited at high calcium titers (≈ 2700 µM), while, OXA, DPA and other pigments, probably siderophores, production were enhanced by low zinc concentrations (< 1 µM), but biomass synthesis was diminished. Nevertheless, OXA and DPA production were not affected by zinc concentration during SSF, and high growth specific rates and substrate consumption rates were achieved in this culture system, and carbon was employed mainly to biomass synthesis. Since the oxygen availability determines the fungal metabolism and is known that in SSF the oxygen transfer rate is higher than in LF, the different behavior of P. fumosoroseus to zinc deprivation in both culture systems could be due to an oxygen limitation, i.e. the oxygen demand might be higher than the oxygen transfer rate in LF. Fungal cultures in a stirred tank reactor without oxygen limitation (OD > 60%), resulted in a high improvement of OXA (≈ 20 times) and DPA (≈ 6.6 times) productivities, probably due to the pH control. However, with oxygen limitation (OD ≈ 0%), carbon fluxes were directed to biomass and submerged propagule formation, and therefore OXA and DPA productivities dropped significantly.

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  • 2006
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