Se encuentra en comunidades microbianas de todo el mundo, Los hongos Aspergillus son patógenos, descomponedores, y fuentes importantes de enzimas importantes desde el punto de vista biotecnológico. Se sabe que cada especie de Aspergillus contiene más de 250 enzimas activas de carbohidratos (CAzymes), que rompen las paredes celulares de las plantas y son de interés para los investigadores del Departamento de Energía (DOE) que trabajan en la producción industrial de combustibles alternativos sostenibles utilizando cultivos de materia prima bioenergética candidatos. Adicionalmente, se cree que cada especie de hongos contiene más de 40 metabolitos secundarios, moléculas pequeñas con potencial para actuar como biocombustibles y productos químicos intermedios.

En un estudio publicado la semana del 8 de enero, 2018 en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), el DOE Joint Genome Institute (JGI), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, y el Instituto Conjunto de Bioenergía (JBEI) del DOE, dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), informar los primeros resultados de un plan a largo plazo para secuenciar, anotar y analizar los genomas de 300 hongos Aspergillus. Estos hallazgos son una prueba del concepto de métodos novedosos para anotar genomas funcionalmente con el fin de identificar más rápidamente los genes de interés.

"Este es el primer resultado de la secuenciación a gran escala de más de 300 especies de Aspergillus, "dijo el coautor del estudio Igor Grigoriev, jefe del Programa de Genómica Fúngica de JGI. "Con el cambio estratégico de JGI hacia la genómica funcional, este estudio ilustra varios enfoques nuevos para la anotación funcional de genes. Muchos enfoques se basan en experimentos y pasan gen por gen a través de genomas individuales. Usando Aspergillus, estamos secuenciando muchos genomas estrechamente relacionados para resaltar y comparar las diferencias entre genomas. Un análisis comparativo de especies estrechamente relacionadas con distintos perfiles metabólicos puede resultar en un número relativamente pequeño de grupos de genes de metabolismo secundario específicos de la especie que se mapearán en un número relativamente pequeño de metabolitos únicos ".

Diversidad de especies, Diversidad química

En el estudio, el equipo secuenció y anotó 6 especies de Aspergillus; 4 se secuenciaron utilizando la plataforma Pacific Biosciences, producir ensamblajes genómicos de muy alta calidad que puedan servir como cepas de referencia para futuros análisis de genómica comparativa. Luego se realizó un análisis comparativo que involucra estos genomas y otros genomas de Aspergillus, varios de los cuales fueron secuenciados por el JGI, y permitió al equipo identificar grupos de genes biosintéticos para metabolitos secundarios de interés.

"Una de las cosas que nos pareció interesante aquí fue la diversidad de las especies que observamos; elegimos cuatro que estaban relacionados lejanamente, "dijo el autor principal del estudio, Mikael R. Andersen, Profesor en DTU. "Con esa diversidad viene también la diversidad química, así que pudimos encontrar genes candidatos para algunos tipos muy diversos de compuestos. Esto se basó en un nuevo método de análisis que desarrolló la primera autora, Inge Kjaerboelling. Es más, también mostramos cómo solidificar dichas predicciones para un compuesto dado mediante la secuenciación de genomas adicionales de especies que se sabe que producen el compuesto. Al buscar genes que se encuentran en todas las especies productoras, podemos identificar con elegancia los genes ".

Scott Baker, coautor del estudio, un investigador de hongos en el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, y miembro de la División de Deconstrucción de JBEI, explicó por qué es importante encontrar genes candidatos para diversos compuestos. “Los metabolitos secundarios son importantes porque representan una química tan interesante y novedosa con respecto a la biosíntesis de moléculas que podrían ser biocombustibles, precursores o bioproductos de biocombustibles, ", dijo." Si bien es un esfuerzo significativo determinar las estructuras de los metabolitos secundarios purificados, a menudo es relativamente sencillo. Sin embargo, conectar estas moléculas a sus vías biosintéticas puede resultar bastante complicado. Demostramos que el uso de la genómica comparativa puede conducir de manera eficiente a predicciones razonables de grupos de genes involucrados en las vías biosintéticas ".

Aspergillus en micocosmos

Grigoriev agregó que hasta la fecha, se han publicado unos 30 genomas de Aspergillus, 25 genomas adicionales están disponibles públicamente en el portal de genomas fúngicos de JGI Mycocosm (genome.jgi.doe.gov/Aspergillus), y se están secuenciando y analizando más de 100 genomas.

A medida que el JGI continúa cumpliendo con su Plan Estratégico de evolucionar hacia una Instalación de Usuario con capacidad de Genómica Funcional, integrando secuencia genómica, expresión, análisis computacionales y metabólicos, e información bioquímica en una imagen más completa de la biología relevante para las misiones del DOE, Los esfuerzos interdisciplinarios y entre instalaciones como este serán aún más importantes. Caracterizando la identidad y las funciones de los metabolitos secundarios, y los genes necesarios para su generación, es fundamental para este esfuerzo y puede proporcionar herramientas potenciales para mejorar la capacidad de procesar biomasa recalcitrante en precursores de biocombustibles y bioproductos.