Producción, caracterización y actividad biológica de polisacáridos fúngicos

Abstract

RESUMEN: Los hongos de la podredumbre blanca de la madera, especialmente de los géneros Ganoderma, Lentinus, y Schizophyllum han sido utilizados alrededor del mundo por sus propiedades medicinales. Dentro de los metabolitos importantes que producen, existen muchos reportes sobre los polisacáridos fúngicos que han mostrado poseer actividad antioxidante, antimicrobiana, prebiótica, antitumoral e inmunomoduladora, por mencionar algunas de ellas. Adicionalmente, se ha demostrado que esta bioactividad se encuentra directamente relacionada con factores como el hongo que la produce, el sustrato utilizado durante su cultivo, el método de extracción, la estructura química del polímero, su solubilidad, el tamaño de la molécula, los tipos de enlace entre sus monómeros, entre otros. En la actualidad, aunque existen diversos productos comerciales con hongos de los géneros mencionados anteriormente y que han venido siendo utilizados desde hace varios años por la medicina tradicional asiática y se han extendido alrededor del mundo como terapias alternativas para el tratamiento de enfermedades como el cáncer; aún es necesario profundizar en los conocimientos sobre las características y los efectos en la salud que poseen estos polisacáridos fúngicos. Adicionalmente, es de gran valor científico utilizar hongos aislados en Colombia como fuente de estos metabolitos y así contribuir con el conocimiento de nuestra biodiversidad, y con la posibilidad de lograr el aprovechamiento biotecnológico de estos metabolitos y su posterior escalado a nivel industrial. Para tal fin, este trabajo se centró en la producción, extracción, caracterización y evaluación de las actividades antitumoral, inmunoestimulante y prebiótica de polisacáridos obtenidos a partir de hongos aislados en la región andina. Se aislaron 3 cepas fúngicas, las cuales, por sus características morfológicas y genéticas, fueron clasificadas como G. parvulum, L. crinitus y S. radiatum. Los hongos se incubaron en condiciones de laboratorio y se realizaron fermentaciones en cultivo sumergido, utilizando un medio de cultivo patentado que contiene residuos ligninocelulósicos de la industria agrícola. Mediante extracciones con agua caliente y ultrasonido, además de precipitación alcohólica, se lograron aislar intra y exopolisacáridos, solubles e insolubles en agua. Se realizaron análisis fisicoquímicos y enzimáticos en los que se encontró que los extractos se componen principalmente de carbohidratos con enlace tipo beta y tienen algunas proteínas en su estructura. Con la ayuda de técnicas instrumentales como SEM, FTIR, rayos X, HPGPC, HPLC-RI y RMN, se encontró que son heteropolisacáridos, amorfos y de alto peso molecular. Adicionalmente, después de realizar ensayos in vitro e in vivo se encontró que estos polisacáridos tienen un efecto antitumoral, inmunoestimulante y prebiótico. Los anteriores hallazgos nos permiten concluir que los polisacáridos de los hongos aislados en Colombia y estudiados en esta investigación, tienen propiedades de interés medicinal y podrían ser utilizados también como aditivos en la industria alimentaria.

ABSTRACT: White-rot-fungi, mainly the genera Ganoderma, Lentinus, and Schizophyllum have been used around the world for their medicinal properties. Among the important metabolites they produce, there are many reports that fungal polysaccharides have shown to possess antioxidant, antimicrobial, prebiotic, antitumor and immunomodulatory activities, to name a few of them. Besides, these bioactivities are directly related to factors such as the fungus that produces it, the substrate used during its cultivation, the extraction method, the chemical structure of the polymer, its solubility, the size of the molecule, the types of bond among its monomers, and others. Nowadays, although there are several commercial products with mushrooms of the species mentioned above and they have been used for several years by conventional Asian medicine and they have spread around the world as alternative therapies for the treatment of diseases such as cancer; it is still necessary to continue studying about the characteristics and health effects of these fungal polysaccharides. Furthermore, it is of great scientific value to use isolated fungi in Colombia as a source of these metabolites and thus contribute to the knowledge of our biodiversity, and with the possibility of achieving the biotechnological use of these metabolites and their subsequent industrial scale-up. With this objective, this work focused on the production, extraction, characterization and evaluation of the antitumor, immunostimulant and prebiotic activities of polysaccharides obtained from isolated fungi in the Andean region. Three fungal strains were isolated, which, due to their morphological and genetic characteristics, were classified as G. parvulum, L. crinitus and S. radiatum. The fungi were incubated under laboratory conditions and fermentations were carried out in submerged culture, using a proprietary culture medium containing lignocellulosic residues from the agricultural industry. After hot-water extraction and ultrasound-assisted extraction, followed by alcoholic precipitation, it was possible to isolate intra and exopolysaccharides, water-soluble and insoluble. Physicochemical and enzymatic analyzes were carried out in each extract and it was found that the extracts are mainly composed of carbohydrates with beta-type bonding and they have some proteins in their structure. Also, instrumental techniques such as SEM, FTIR, X-rays, HPGPC, HPLC-RI and NMR were used to characterize the biomolecules. It was found that they are heteropolysaccharides, with amorphous structure and of high molecular weight. Furthermore, after conducting in vitro and in vivo tests it was found that these polysaccharides have antitumor, immunostimulating and prebiotic effects. The previous findings allow us to conclude that the polysaccharides of the fungi isolated in Colombia and studied in this research, have properties of medicinal interest and could also be used as additives in the food industry.