Aspergillus niger

Aspergillus niger é unha especie de mofo ascomiceto clasificado dentro da sección Nigri do xénero Aspergillus. O xénero Aspergillus comprende mofos ou barolos comúns que se encontran no ambiente en solos e augas, sobre vexetación, en materia fecal, en materia en descomposición e suspendidos no aire. As especies deste xénero adoitan crecer rapidamente e poden esporular só uns poucos días despois da xerminación. Unha combinación de características únicas de A. niger fan que este microbio sexa moi valioso para a produción de moitos ácidos, proteínas e compostos bioactivos. Características como a ampla diversidade metabólica, alta produción, capacidade de secreción e capacidade de realizar modificacións postraducionais son responsables da potente produción de metabolitos secundarios observada en A. niger. A capacidade de A. niger de soportar condicións extremadamente ácidas faino especialmente importante na produción industrial de ácido cítrico. A. niger causa en fermidades ("mofo negro") en certos froitos e hortalizas como uvas, albaricoques, cebolas e cacahuetes, e é un contaminante común dos alimentos. É moi común no solo e en ambientes de interior, onde as súas colonias negras poden confundirse coas de Stachybotrys (especie que tamén orixina un "mofo negro"). A. niger clasifícase como especie xeralmente recoñecida como segura (GRAS) pola FDA dos EUA para o seu uso na produción de alimentos, aínda que o microbio pode producir toxinas que afectan á saúde humana. Taxonomía
Aspergillus niger está clasificado no xénero Aspergillus, subxénero Circumdati, sección Nigri. A sección Nigri inclúe 15 especies relacionadas que producen esporas negras que se poden confundir con A. niger, como A. tubingensis, A. foetidus, A. carbonarius e A. awamori. En 2004 Samson et al. describiron varias especies morfoloxicamente similares.
En 2007 a cepa ATCC 16404 de Aspergillus niger foi reclasificada como Aspergillus brasiliensis. Isto requiriu unha actualización da Farmocopea Europea e da Farmacopea dos Estados Unidos, xa que esta cepa se utiliza comunmente na industria farmacéutica. Cultivo
A. niger é un aerobio estrito; por tanto, necesita oxíxeno para crecer. Pode crecer en diversas condicións ambientais; pode crecer a temperaturas que van desde os 6 aos 47 °C. Como mesófilo, a súa temperatura óptima está entre 35 e 37 °C. Pode tolerar pHs que van de 1, 5 a 9, 8. A. niger é xerófilo, o que significa que pode crecer e reproducirse en ambientes con moi pouca auga. Tamén pode crecer en condicións húmidas incluso tolerando ambientes cunha humidade relativa do 90-100%. O fungo cultívase xeralmente en ágar de pataca dextrosa (PDA), pero pode crecer en moitos tipos de medios de crecemento, incluíndo o ágar Czapek-Dox, ágar de lignocelulosa e outros. Xenoma
Aspergillus niger ten un xenoma que consta dunhas 34 megabases (Mb) organizadas en oito cromosomas. O ADN contén 10. 785 xenes que son transcritos e traducidos en 10. 593 proteínas.
Secuenciáronse dúas cepas de A. niger. A cepa CBS 513. 88 produce encimas usados en aplicacións industriais, mentres que a cepa ATCC 1015 é a cepa de tipo salvaxe da ATCC 11414 usada para producir ácido cítrico industrial. O xenoma de A. niger ATCC 1015 foi secuenciado polo Joint Genome Institute nunha colaboración con outras institucións. As secuencias completas foron utilizadas para descubrir xenes ortólogos e vías metabólicas fúnxicas, concretamente do catabolismo de monosacáridos. A capacidade de A. niger de cambiar o seu metabolismo dependendo da fonte de carbono e outros nutrientes presentes no seu ambiente permítelle sobrevivir e vivir en case todos os ecosistemas. Estanse a facer máis investigacións para estudar estes mecanismos en todos os fungos usando o xenoma secuenciado completo de A. niger. Usos industriais
Hai dúas maneiras de cultivar o Aspergillus niger para usos industriais: fermentación en estado sólido e fermentación somerxida. O substrato da fermentación en estado sólido son nutrientes e humidade mínima para cultivar microorganismos. Os nutrientes como o nitróxeno e o carbono proceden de subprodutos da agricultura como o gran de trigo, polpa de azucre, farelo de arroz e fariña de millo. A fermentación en estado sólido dá un mellor rendemento de produtos do microbio e con mellor custo/rendemento que a fermentación somerxida debido a usar subprodutos agrícolas. A fermentación en estado sólido úsase máis que a somerxida. Na fermentación somerxida os microbios cultívanse nun medio líquido dentro de grades cubas de fermentación asépticas. Estas cubas son un equipamento caro que proporcionan máis auga para o cultivo e permiten un estreito control de factores ambientais, como as temperaturas e pH, que afectan ao cultivo microbiano.
Aspergillus niger cultívase para facilitar a produción industrial de moitas substancias. Varias cepas de A. niger utilízanse na preparación industrial de ácido cítrico (E330) e ácido glicónico (E574); por tanto, considéranse aceptables para a inxesta diaria segundo a Organización Mundial da Saúde. A fermentación de A. niger é "xeralmente recoñecida como segura" (GRAS) pola FDA dos EUA. A. niger é tamén considerado unha posible nova fonte de pigmentos de grao alimentario naturais.
A produción de ácido cítrico conséguese cultivando cepas de A. niger nun medio rico en nutrientes que contén altas concentracións de azucres e sales minerais e un pH ácido de 2, 5-3, 5. Moitos microorganismos producen ácido cítrico, pero Aspergillus niger produce máis dun millón de toneladas métricas de ácido cítrico anualmente polo proceso de fermentación fúnxica. O ácido cítrico ten unha alta demanda para aplicacións como o control do cecemento de microorganismos, mellora dos aromas de alimentos e bebidas, manipulación da acidez, produtos farmacéuticos, etc.
A. niger produce moitos encimas útiles para o catabolismo de biopolímeros para obter nutrientes do seu ambiente. A produción de encimas específicos pode incementarse con propósitos industriais. Por exemplo, a glicoamilase de A. niger (P69328) utilízase na produción de xarope de millo alto en frutosa e utilízanse pectinases (GH28) na clarificación do viño e sidra. A alfa-galactosidase (GH27), un encima que degrada certos azucres complexos, é un compoñente do Beano e outros produtos que diminúen a flatulencia. Outro uso de A. niger na industria biotecnolóxica é a produción de variantes que conteñen isótopos magnéticos de macromoléculas biolóxicas para análises de resonancia magnética nuclear. Aspergillus niger tamén se cultiva para a extracción do encima glicosa oxidase (P13006), usado no deseño de biosensores da glicosa, debido á súa alta afinidade pola β-D-glicosa.
Na industria alimentaria, A. niger tamén se cultiva para illar o encima frutosiltransferase para producir frutooligosacáridos (FOS). Os FOS utilízanse para fabricar alimentos funcionais e baixos en calorías debido á capacidade característica dos FOS para o cultivo lento de microorganismos patóxenos nos intestinos. Estes alimentos teñen fibras prebióticas entre outras propiedades promotoras da saúde. A. niger non é o único organismo que produce o encima frutosiltransferase, pero produce o encima a taxas favorables para a produción industrial. Un uso específico de A. niger na industria alimentaria é aproveitar a súa capacidade de producir encimas como a carbohidrase e a celulase, que se utilizan frecuentemente na industria dos alimentos mariños para retirar a masa visceral de ameixas e durante o procesamento e retirada do duro exoesqueleto externo das gambas da súa carne interna comestible.
Aspergillus niger pode crecer en solucións orixinadas en minas de ouro que conteñen complexos de ciano-metal co ouro, prata, cobre, ferro e cinc. O fungo tamén xoga un papel na solubilización de sulfuros de metais pesados. A. niger tamén remedia a drenaxe ácida de minas pola biosorción de cobre e manganeso. Toxicidade
A. niger produce unha ampla variedade de metabolitos secundarios, algúns dos cales son micotoxinas chamadas ocratoxinas, como a ocratoxina A. A contaminación por fungos filamentosos, como A. niger, ocorre frecuentemente en uvas e produtos derivados das uvas orixinando contaminación por ocratoxina A (OTA). A OTA, unha micotoxina clinicamente relevante, pode acumularse nos tecidos humanos e causar diversas condicións de saúde graves. As posibles consecuencias do envelenamento por OTA son os danos renais, insuficiencia renal e cancro, e a Unión Europea estableceu niveis máximos permisibles de OTA en diversos alimentos, a diferenza da FDA norteamericana que non os estableceu. Patoxenidade
Patóxeno de plantas
Aspergillus niger pode causar infeccións do mofo negro en certos legumes, froitos e hortalizas, como cacahuetes, uvas e cebolas, polo que este fungo é un contaminante común dos alimentos. Este ascomiceto filamentoso ten tolerancia aos cambios de pH, humidade e calor, prosperando nun intervalo de temperaturas entre 15 e 53 °C. Estas características fan que as infeccións por A. niger sexan unha causa común de podremia poscolleita en froitas e hortalizas, que pode ocasionar significativas perdas económicas á industria alimentaria. A infección por A. niger en plantas pode causar unha redución da xerminación das sementes, brote de plántulas, e elongación de raíces e talos, causando que a planta morra antes da maduración.
Patóxeno humano
A. niger é patóxeno para os humanos. A asperxilose é unha infección fúnxica causada por esporas de especies de Aspergillus do exterior e interior das casas. Debido a ser tan ubicuo, as esporas de A. niger son comunmente inhaladas polo ser humano no ambiente que o rodea. A infección por asperxilose acostuma a producirse en persoas co sistema inmunitario comprometido ou con condicións de saúde preexistentes como asma e fibrose quística. Os tipos de asperxilose son a asperxilose broncopulmonar alérxica, a sinusite por Aspergillus alérxica, infección por Aspergillus fumigatus resistente a azol, a asperxilose cutánea e a asperxilose pulmonar crónica. De todas as especies de mofos Aspergillus, unhas 40 especies poden causar problemas de saúde en persoas inmunocomprometidas. A asperxilose é especialmente frecuente entre traballadores da horticultura que a miúdo inhalan po de turba, que pode ser rico en esporas de Aspergillus niger. O fungo atopouse tamén en momias exipcias e pode ser inhalado cando as moven ou manipulan. A otomicose, que é unha infección fúnxica superficial do conduto auditivo externo, é outro trastorno que pode orixinarse polo crecemento de mofos Aspergillus como A. niger. As otomicoses causadas por A. niger están frecuentemente asociadas con danos mecánicos no epitelio do conduto auditivo externo e membrana timpánica e preséntase a miúdo en pacientes que viven en climas tropicais. A. niger raramente é causa de pneumonía comparado con outras especies de Aspergillus, como Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus e Aspergillus terreus.