NUTRICIÓN. De hongo tóxico a superestrella de la alimentación: el moho koji

De hongo tóxico a superestrella de la salsa de soja

 

Koji-kin o aspergillus oryzae

05 mayo 2024.- Hace casi 9.000 años, más o menos en la época en que los humanos domesticaban el maíz y los cerdos, algunas personas en China domesticaban hongos.

Uno de esos hongos, el moho Aspergillus oryzae , se convertiría en una superestrella culinaria. A través de la fermentación de ingredientes crudos como la soja o el arroz, A. oryzae ayuda a producir salsa de soja, sake y varios otros alimentos asiáticos tradicionales. Lo hace descomponiendo proteínas y almidones para que otros microbios puedan acabar con las fermentaciones.

Pero A. oryzae no siempre fue tan servicial. La versión silvestre del moho produce potentes toxinas que pueden envenenar al consumidor y provocar cáncer en el hígado y otros órganos. Además, es una plaga agrícola destructiva que causa millones de dólares en daños cada año a cultivos como el cacahuete y el maíz.

Se cree que el fermentador de alimentos Aspergillus oryzae (izquierda) es una versión domesticada de Aspergillus flavus (derecha), que produce aflatoxinas que pueden contaminar cultivos, envenenar a las personas y causar cáncer. Las dos colonias que se muestran aquí son visualmente bastante diferentes, pero las formas de estos dos mohos varían ampliamente, lo que dificulta distinguirlas. Fuente: JOHN GIBBONS / UNIVERSIDAD DE VANDERBILT


¿Qué cambió? Las investigaciones revelan constantemente cómo el hongo pasó de ser un moho tóxico y peligroso a una herramienta superior de biotecnología alimentaria que prospera en entornos creados por el hombre. Y a medida que los científicos estudian A. oryzae, aprenden más sobre el proceso de domesticación de los microbios en general, que todavía sigue siendo misterioso en muchos aspectos.

A. oryzae pertenece a una familia de hongos de un grupo más grande conocido como moho azul y verde. Alrededor del 40 por ciento de las especies de la familia pertenecen al género Aspergillus , llamado así porque los tallos delgados y las puntas esponjosas de sus estructuras productoras de esporas se parecen a un aspergillum, el aspersor de agua bendita utilizado en algunas denominaciones cristianas. El género tiene varios miembros de alto perfil , incluidas especies industriales útiles que producen sustancias químicas útiles como medicamentos o fermentan alimentos, como lo hace A. oryzae .

Conocido como moho koji, A. oryzae es un maestro digestor. En la primera etapa de la producción de salsa de soja, A. oryzae se ocupa de los ingredientes iniciales, normalmente soja y trigo; en la producción de sake, se trabaja con el arroz. Las enzimas digestivas del moho (proteasas y amilasas) descomponen las proteínas y los almidones en moléculas más simples que las levaduras fermentarán más adelante. El moho huele a esta maravillosa mezcla de champiñones y pomelo, y también un poco ácido.

Otras especies de Aspergillus son amenazas, entre ellas Aspergillus flavus , el Sr. Hyde para el Dr. Jekyll de A. oryzae . A. flavus produce potentes venenos llamados aflatoxinas que, cuando se ingieren, son metabolizados por el hígado en compuestos que dañan el ADN y alteran el funcionamiento celular. Infecta una variedad de cultivos: maíz, trigo, yuca, ají, cacahuete, arroz, sésamo, semillas de girasol y más. Puede contaminar las plantas tanto antes como después de la cosecha, cuando se almacenan o envían los cultivos. Las toxinas pueden incluso contaminar la leche de los animales que comen piensos contaminados. A pesar de diversas medidas de control, los brotes esporádicos de aflatoxinas envenenan y matan a personas y mascotas en todo el mundo.

Los científicos han reconocido desde hace mucho tiempo que el peligroso A. flavus y el fermentador de alimentos A. oryzae son parientes muy cercanos: los dos pueden parecer idénticos en color y textura, o verse muy diferentes entre sí, lo que dificulta distinguirlos. Las primeras investigaciones de su ADN informaron una similitud notable, y un estudio realizado en 1998 de un puñado de genes de cada hongo concluyó que A.oryzae evolucionó mediante la domesticación a partir de A. flavus .

Pero A. oryzae no produce aflatoxinas y se ha utilizado de forma segura como fermentador de alimentos durante miles de años. Ahora los científicos han comenzado a identificar los ajustes específicos que llevaron a una revisión importante del metabolismo del moho.

La producción de salsa de soja implica dos fermentos; el molde koji es el caballo de batalla del primero.


Una deleción genética fundamental

Los científicos habían estado interesados ​​durante mucho tiempo en establecer pruebas genéticas de que A. oryzae no podía producir aflatoxina, en parte para asegurarse de que el moho es, y seguirá siendo, seguro para la fermentación de alimentos. A lo largo de los años, han documentado numerosos cambios destructivos a pequeña y gran escala en el grupo de más de dos docenas de genes que el ancestro del hongo empleó para producir la toxina.

En un estudio reciente, por ejemplo, los científicos compararon el genoma de A. oryzae 14160, una cepa industrial de China, con el genoma de A. oryzae RIB40, una cepa secuenciada en 2005. En un informe publicado en Frontiers in Microbiology en 2021, el equipo descubrió que más de la mitad del grupo de genes de aflatoxinas estaba eliminado en la cepa 14160, mientras que la cepa RIB40 tiene mutaciones en genes clave aquí y allá.

Pero de una cepa a otra, hay una eliminación en el grupo de genes de las aflatoxinas que aparece constantemente. Este hallazgo sugiere que en algún momento, una cepa de moho salvaje A. flavus adquirió la deleción, lo que la volvió inofensiva. Después de eso, otros cambios genéticos (mutaciones, deleciones y otras alteraciones) se acumularon libremente en los genes de las aflatoxinas, ya que dejaron de utilizarse.

La domesticación habría asegurado que el rasgo inofensivo permaneciera. Esto se debe a que la aflatoxina es un compuesto defensivo que el moho utiliza para matar otros microbios. Dado que otros microbios (específicamente, levaduras) son parte del proceso de fermentación para hacer salsa de soja o sake de vino de arroz, las únicas fermentaciones que funcionarían serían aquellas en las que no estuvieran presentes las toxinas Aspergillus para matar las levaduras.

Los científicos creen que la domesticación de un microbio podría ser más o menos así: existe, junto con otros microbios, en la naturaleza, donde varían factores ambientales como la temperatura y la humedad (abajo a la izquierda). Con el tiempo, se adapta al entorno alimentario estable y confortable (centro) y finalmente existe como un cultivo puro en un entorno muy controlado.


La pérdida de la capacidad de producir aflatoxina probablemente allanó el camino para que el hongo aumentara su capacidad de digestión de almidón. Esto se debe a que los productos químicos de defensa son costosos de fabricar. Si pierden la capacidad de producir esas toxinas, en realidad les ahorra mucha energía que pueden dedicar al metabolismo primario, como digerir almidones, azúcares y proteínas, dicen los expertos.

Las investigaciones sugieren que esta capacidad mejorada para digerir el almidón evolucionó una y otra vez. En 1989, por ejemplo, mucho antes de que estuvieran disponibles las secuencias del genoma de cualquier especie de Aspergillus , varios grupos de científicos utilizaron métodos para demostrar que A. oryzae tenía múltiples copias del gen que codifica la alfa-amilasa, la enzima que digiere el almidón; dos cepas del hongo tenían dos copias, mientras que otras dos cepas tenían tres.

Desde entonces, los investigadores han observado más de cerca y en más cepas y han encontrado todo tipo de variaciones sobre este tema. La cepa RIB40, por ejemplo, tiene genes de alfa-amilasa en los cromosomas 2, 3 y 5, mientras que la cepa industrial de China, 14160, tiene dos copias en el cromosoma 2 y una tercera copia en el cromosoma 6.

Este tipo de cambios probablemente también ocurrieron muchas veces en la naturaleza, aunque antes de la domesticación no se conservaban porque no eran útiles. Pero en el entorno alimentario, cuanto más genes de alfa-amilasa se obtengan, más enzima se produce. Entonces, los humanos habríamos seleccionado los microbios centrales que digieren el almidón en nuestra domesticación para las fermentaciones.

Esta ilustración, extraída de Koeki Kokusanko, un libro agrícola de la era Edo de Japón (1603-1867), muestra la producción de salsa de soja. En la parte superior derecha, el moho koji se mezcla con soja y trigo sobre una estera grande en el primero de los dos fermentos necesarios para preparar el condimento. Fuente: BIBLIOTECA NACIONAL DE DIETA, JAPÓN


La domesticación de A. oryzae podría haber ocurrido muy rápidamente si nos basamos en la investigación sobre las especies de Penicillium , otro moho famoso de la familia Aspergillus.

Se cree que P. camemberti , responsable de la corteza blanca y el olor distintivo de los quesos Camembert y Brie, evolucionó a partir de P. commune , una especie productora de toxinas de pigmentación oscura y olor a humedad. Cuando un equipo investigador de la Universidad de Tufts tomó una cepa silvestre de P. commune y otra cepa de Penicillium sin queso y las cultivó en serie con queso, después de sólo ocho generaciones (un período de unas pocas semanas), las cepas silvestres mostraron signos de domesticación 

En un informe publicado en la revista mBio en 2019, el equipo descubrió que la capacidad de los mohos para producir pigmentos y toxinas disminuía. Al mismo tiempo, perdieron su olor a humedad, adquiriendo los aromas mantecosos y a queso característicos de sus parientes domesticados.

El factor humano en la fermentación

Al contemplar los pasos para domesticar A. oryzae , es útil recordar que la fermentación y la evolución humana probablemente siempre han estado entrelazadas.

Por ejemplo, es fácil imaginar a los primeros homínidos comiendo frutas que habían sido visitadas por levaduras y fermentadas en un puré alcohólico, y que los humanos hubieran reconocido los méritos de dichas frutas, tanto por sus efectos que alteran la mente como por sus cualidades desinfectantes. 

En el caso de Aspergillus , las esporas flotan constantemente (inhalamos más de 200 por día, estiman los investigadores) y crecerán si se asientan en un lugar cálido y húmedo. Una reconstrucción reciente del árbol genealógico de Aspergillus realizada por el biólogo evolutivo Antonis Rokas de la Universidad de Vanderbilt sugiere que A. flavus y alguna versión de su contraparte domesticada, A. oryzae, compartieron un ancestro por última vez hace aproximadamente 3,8 millones de años. A A. ​​oryzae le gusta naturalmente el arroz, y versiones de A. flavus que no producían aflatoxina probablemente estaban presentes en las plantas de arroz silvestre consumidas por los primeros humanos.

Con la llegada de la agricultura en el Neolítico, hace unos 12.000 años, la domesticación se convirtió en un tema de actualidad. A medida que la gente se asentaba en comunidades y comenzaba a plantar cultivos y criar animales con regularidad, habría habido un exceso, tal vez por primera vez, de cereales, leche o carne. La fermentación proporcionó una manera de mantener los alimentos después de la cosecha y prolongar su vida útil .

Uno de los mejores ejemplos es la leche cruda: se echa a perder en aproximadamente un día a temperatura ambiente. Pero si lo fermentas hasta convertirlo en un queso duro, puedes viajar con él en el bolsillo a temperatura ambiente durante un mes.

Un ejemplo temprano de personas que fermentan alimentos intencionalmente (muy probablemente usando Aspergillus ) proviene de la aldea neolítica de Jiahu en la provincia de Henan en China, un sitio con artefactos que sugieren arroz domesticado e instrumentos musicales antiguos. En 2004, un equipo informó que fragmentos de cerámica del sitio contenían residuos de una bebida fermentada de arroz, miel y fruta; básicamente, un vino de arroz o "proto-sake", dice Gibbons. Desde entonces, los científicos han investigado residuos en vasijas de otros dos sitios del Neolítico temprano en China y han encontrado rastros de hongos , incluidos algunos que se parecen sorprendentemente a nuestro héroe, el moho koji.

Inicialmente, la gente probablemente dependía de la colonización espontánea por parte de A. oryzae y otros microbios, pero en algún momento se desarrolló el proceso de “retroceso”, en el que una porción de un fermento anterior se usa para comenzar uno nuevo, como se usa una masa madre para hacer pan.  Esta fermentación intencional con A. oryzae parece haber estado ocurriendo hace 2.300 años: el moho recibe una mención en el antiguo texto chino Zhouli (Ritos de la dinastía Zhou) que data del 300 a. C. Algún tiempo después, la gente empezó a criar A. oryzae con arroz al vapor. Luego, sus esporas se separaron del grano con un tamiz de seda y se secaron para usarlas según fuera necesario.

Otro ejemplo son las levaduras de cerveza que viven todo el año en sus cubas, donde están calientes y bien alimentados, son como perros, mientras que las levaduras de vino, que se aprovechan durante la cosecha pero que pueden mezclarse con especies silvestres en el intervalo de meses, son como gatos.

Hoy,  A. oryzae es como un perro. Existen numerosas cepas criadas que las personas pueden pedir según sus necesidades específicas de fermentación. Pero durante mucho tiempo, habría existido una variedad ilimitada flotando por ahí: muchas cepas de A. oryzae/A.flavus con genes de toxinas inactivos y diferentes capacidades para digerir el almidón, y una cuestión de fortuna que terminó en la salsa de soja o el sake. elaborar cerveza. El molde de los antiguos, debe haber sido más "felino".

Fuente: Knowable Magazine

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