Caracterización de los perfiles transcriptómicos y proteómicos de pleurotus pulmonarius LBM 105 durante la degradación de bifenilos policlorados y su implicancia para la biorremediación

Abstract

Los bifenilos policlorados (PCBs) son compuestos organoclorados, recalcitrantes, tóxicos y cancerígenos. Entre los años 1920 y 1970 su producción como aislantes y refrigerantes en transformadores eléctricos hizo que éstos fuernan distribuidos globalmente. Se conoce que los hongos de pudrición blanca tienen potencial de remover estos compuestos. Si bien la capacidad de estos hongos está ampliamente estudiada, poco se sabe acerca de los mecanismos moleculares utilizados en este proceso. Es por ello, que el objetivo general de este trabajo fue el de evaluar el vínculo existente entre los cambios transcriptómicos y proteómicos en la degradación de los PCBs por parte de Pleurotus pulmonarius LBM 105, con el fin de comprender los mecanismos de respuesta metabólica, así como analizar la habilidad de sus enzimas para la biorremediación. En una primera instancia se caracterizó taxonómicamente a la cepa LBM 105 mediante métodos morfológicos y moleculares, ubicando a esta cepa dentro de la especie P. pulmonarius. P. pulmonarius LBM 105 fue capaz de remover un 80,40 % de los PCBs en un medio sintético líquido de glucosa-asparagina (GA) contaminado con 4000 μg de PCBs, reduciendo su toxicidad en un 46,47 %, siendo el día 21 el día de mayor tasa de remoción. En el día de mayor remoción se realizaron estudios de evaluación de intermediarios de degradación, transcriptómicos y proteómicos. Los estudios de los intermediarios de degradación determinaron una prevalencia de especies de PCBs con un grado de cloración alto (de 5 a 7 sustituciones), aunque todas ellas con sustituciones en posiciones orto dentro de la molécula, siendo estas las de menor toxicidad. Así mismo, se identificaron compuestos derivados de la ruptura de la molécula de bifenilo, como ácidos clorobenzoicos. Los estudios transcriptómicos y proteómicos de esta cepa al día 21 determinaron un aumento de las enzimas involucradas en el metabolismo oxidativo, entre ellas enzimas lacasas, peroxidasas versátiles, citocromo P450s, aril alcohol oxidasas, reductasas de cadena corta y aldo/ceto reductasas, enzimas con capacidad de modificar a los PCBs y a sus derivados, como también factores de transcripción asociados a la respuesta del estrés oxidativo. Así también proteínas involucradas en el metabolismo de los xenobióticos como glutatión-S-transferasas y dienolactona hidrolasas mostraron un aumento en sus síntesis. Enzimas pertenecientes al metabolismo de los carbohidratos sufrieron una fuerte disminución en su expresión y abundancia en presencia de los PCBs, evidenciándose además un cambio en el perfil de enzimas involucradas en la transcripción y traducción proteica. Finalmente, se realizó un análisis de remediación in vitro con las enzimas obtenidas de cultivos de P. pulmonarius LBM 105 expuestos al contaminante, comparándose con controles sin exposición al mismo. Se observó que las enzimas de esta cepa mantienen la capacidad de reducir la toxicidad del medio, siendo la combinación de enzimas extracelulares e intracelulares de la cepa previamente expuestas a los PCBs los que mejor resultados arrojaron, con una reducción de la toxicidad del 39,45 %. Esto demuestra la capacidad de uso de las enzimas de P. pulmonarius LBM 105 para poder remediar estos xenobióticos, presentándose como una alternativa atractiva para su aplicación en estrategias de biorremediación.

Polychlorinated Biphenyls (PCBs) are organochlorinated, persistent, toxic, and carcinogenic compounds. Between the 20’s and the 70’s their production as insulators and coolants in electrical transformers caused a global distribution of the PCBs. It is known that white rot fungi are capable of removing these compounds. Although the removal capacity of these fungi is widely studied, little is known about the molecular mechanisms involved in these processes. Therefore, the general objective of this work was to evaluate the existent relation between transcriptomic and proteomic changes and the PCBs degradation by Pleurotus pulmonarius LBM 105, looking forward to comprehending the metabolic response as well as analyze the ability of its enzymes for bioremediation. First, the strain LBM 105 was taxonomically classified via morphologic and molecular methods, identifying this strain as P. pulmonarius. P. pulmonarius LMB 105 removed 80,40 % of the PCBs in a glucose-asparagine synthetic liquid media (GA) contaminated with 4000 μg of PCBs, reducing the toxicity by 46,47 %, being the 21st day the one with the best remotion rate. Hence, the intermediate degradation products analysis, proteomic, and transcriptomics studies were made on this day. The intermediate degradation products study was able to determine a prevalence of highly chlorinated PCB species (5 to 7 substitutions), all of them with ortho substitutions in the molecule, being the less toxic species. Degradation products of the biphenyl molecule, like chlorobenzoic acids, were identify as well. The transcriptomic and proteomic studies of this strain on day 21 showed an increase of abundance of enzymes involved in the oxidative metabolism, like laccases, versatile peroxidases, cytochrome P450s, aryl alcohol oxidases, short chain reductases, and aldo/keto reductases, all enzymes capable of modifying PCBs and their derivatives as well as transcriptional factors involved in the response to oxidative stress. Proteins involved in the xenobiotic metabolism, like glutathione-s-transferases and dienelactone hydrolases were also increased. The carbohydrate metabolism enzymes suffered a strong decrease in their synthesis in presence of PCBs and a shift in the profile of protein transcription and translation was also evidenced. Finally, an In vitro remediation analysis with enzymes of P. pulmonarius LBM 105 PCBs exposed to PCBs was made and compared with controls without exposure to the contaminant. The combination of extracellular and intracellular enzymes of the PCBs exposed culture showed the best results with a reduction of 39,45 % of the toxicity. This demonstrates the capacity of using the enzymes of P. pulmonarius LBM 105 for the remediation of these xenobiotics, being an attractive alternative for their application in bioremediation strategies.