Hongos microscópicos y su genética bajo un lente digital

Una pregunta curiosa y sorprendente

Mi hija, de ocho años, cada vez que puede, me presenta con sus compañeritos diciendo: “Mi papá trabaja con bichos”, lo cual siempre me saca una sonrisa. Una tarde, mientras jugábamos en un parque, se acercó y ante la duda preguntó: Papá, ¿qué bichos estudias?-Hongos- contesté de manera fugaz. Inmediatamente volvió a cuestionar: Papá, ¿qué son los hongos? Curiosamente, reflexioné solo unos segundos y respondí: Son unos súper organismos que son capaces de hacer de todo y, además, están en todas partes.

En efecto, los hongos son esenciales para la vida, pues su papel ecológico es claro: reciclar todos los nutrientes que sostienen a nuestros ecosistemas (1). Son tan fantásticos que algunos se encuentran ocultos a nuestros ojos, mientras que otros, más vanidosos, se dejan ver en muchas formas y colores.

 

Herramientas tradicionales y digitales para estudiar hongos

Aquellos hongos difíciles de observar a simple vista se han estudiado, desde hace mucho tiempo, con diversas herramientas y equipos: desde cultivos en cajas de vidrio, donde se les alimenta para que crezcan de forma exponencial, hasta la exploración mediante el microscopio. Estos métodos siguen siendo esenciales, no hay duda. Hoy en día, podemos profundizar los estudios de estos hongos microscópicos gracias a la era digital, es decir, analizarlos a través de una computadora.

Para muestra, un botón. Nos hemos planteado la siguiente pregunta: ¿Todos los hongos pertenecientes al grupo de los Ascomycotas organizan su información genética de la misma manera, o existen variaciones fundamentales en su arquitectura genómica?

Por si las dudas, la mayoría de los hongos clasificados como Ascomycota incluyen tanto organismos unicelulares —como las levaduras —, como aquellos mohos filamentosos que crecen cuando la comida se echa a perder. Cabe señalar los Ascomycotas representan alrededor del 65% de todas las especies de hongos conocidas.

   

Información genética y arquitectura genómica

Información genética

<Antes de continuar, debemos aclarar los siguientes conceptos: la información genética y la arquitectura genómica. La información genética es el conjunto de instrucciones biológicos (llámese genes) y cada instrucción está codificada en cuatro letras: A, T, G y C. Este conjunto de genes conforman el famoso Ácido DesoxirriboNucléico o ADN(Figura 1A). La información genética le permite, por ejemplo, al hongo Saccharomyces cerevisae convertir los azúcares en productos fermentativos, como el pan y las bebidas alcohólicas; o a Penicillium notatum, que crece en las tortillas olvidadas en la mesa, producir la penicilina, un antibiótico revolucionario.

 

Arquitectura genómica

Por otro lado, la arquitectura genómica se refiere a cómo el ADN se organiza dentro del núcleo de cada célula, es decir, en forma de cromosomas(Figura 1A). Estos constituyen estructuras en las que los genes se encuentran ordenados, lo que permite identificar si algunos genes están duplicados o de qué manera están siendo regulados. Analizar esta arquitectura nos ofrece una ventana para comprender cómo los organismos se han adaptado, evolucionado y cómo han surgido nuevas funciones biológicas en los hongos microscópicos.

   

La sintenia y su importancia

Ahora bien, para poder contestar nuestra pregunta anterior necesitamos introducir un concepto más: la sintenia. La sintenia se refiere a la conservación del orden de los genes en los cromosomas de diferentes especies y también en la misma especie (2). En otras palabras, si los cromosomas de dos especies de hongos presentan un conjunto de genes (independientemente si estén ordenados de la misma manera) en la misma posición relativa dentro de sus cromosomas, esto indica que ambas compartieron un ancestro común y que, posiblemente, mantienen ciertas características genéticas y funcionales semejantes.

   

Bioinformática aplicada a los hongos

Gracias a la computadoras, el internet, los lenguajes de programación y las bases de datos, podemos estudiar muchas especies —y a gran escala— a través de su ADN digitalizado. Para ello utilizamos la Bioinformática, que es la disciplina que combina la biología, la informática y estadística para analizar e interpretar datos biológicos. Su ventaja es clara: podemos descubrir y conocer nuevas especies de hongos que resultan casi imposibles de aislar o cultivar, y que por lo tanto nunca veríamos bajo un microscopio.

 

Como resultado, realizamos análisis estadísticos que nos permiten interpretar patrones. Así, vemos que los hongos con características genéticas y algunas morfológicas similares presentan una arquitectura genómica organizada en bloques de sintenia altamente conservados. Esto sugiere que provienen de un ancestro común, cuyos cromosomas se duplicaron y reorganizaron hasta dar origen a las especies actuales.

   

Ejemplo de Pleosporales y otros grupo

 

Por ejemplo, en los hongos de la clase Pleosporales, la sintenia revela que producen sus esporas en pequeñas bolsitas llamadas ascos, acompañadas de finos filamentos característicos (3). Aunque sus esporas pueden ser claras u oscuras, redondas o alargadas, su parentesco es innegable: poseen los mismos genes organizados de manera muy similar(Figura 1B). Además, se reproducen de forma asexual y, en la mayoría de los casos, viven descomponiendo materia muerta, aunque algunos evolucionaron para convivir con plantas, infectarlas o incluso teñir su entorno de púrpura.

Podríamos hablar de la sintenia en los Eurotiomycetes, asociados a usos industriales y medicinales, o de los Leotiomycetes, que incluyen especies vinculadas tanto a enfermedades como a beneficios biotecnológicos. Pero sería una historia sin fin. Como Sebastián y Atreyu en La historia sin fin, seguiremos aventurándonos a explorar el mundo de los hongos, ya no solo bajo el microscopio, sino a través de algoritmos capaces de analizar miles de datos genómicos al mismo tiempo.

     

Referencias asociadas

1. Kržišnik, D., & Gonçalves, J. (2023). Environmentally conscious technologies using fungi in a climate-changing world. Earth, 4(1), 69-77.
2. Paterson, A. H., Wang, X., Tang, H., & Lee, T. H. (2012). Synteny and genomic rearrangements. In Plant Genome Diversity Volume 1: Plant Genomes, their Residents, and their Evolutionary Dynamics (pp. 195-207). Vienna: Springer Vienna.
3. Zhang, Y., Crous, P. W., Schoch, C. L., & Hyde, K. D. (2012). Pleosporales. Fungal diversity, 53(1), 1-221.