Contenido de paclitaxel y aislamiento, purificación e identificación de especies de hongos micorrícicos en el tejo del sur de China
La micorriza es una relación simbiótica entre los hongos del suelo y las raíces de las plantas. Como microorganismo beneficioso que puede establecer una simbiosis mutualista con la gran mayoría de las raíces de las plantas, la investigación sobre los hongos micorrícicos se centra principalmente en su estructura morfológica y sus funciones específicas. El micelio de los hongos micorrícicos infecta las raíces de las plantas huésped que aún no se han vuelto corchosas, formando una vaina fúngica en la superficie de la punta de la raíz, una red hartiana en la corteza radicular e hifas extendidas fuera de las raíces. Tiene estructuras características como la promoción del crecimiento y desarrollo de las plantas, la mejora de la resistencia de las plantas al estrés y a las enfermedades, la mejora de la absorción y utilización por las plantas de elementos minerales (especialmente N y P), y también puede ampliar el área de absorción de las raíces de las plantas, mejorar la eficiencia del uso del agua, promover la absorción y utilización de nutrientes minerales, mejorar el ciclo del carbono en el organismo, y afectar al metabolismo primario y secundario de las plantas mediante la formación de una densa red micelial entre el suelo de la rizosfera y las células de la corteza de la raíz. Los hongos micorrícicos forman estrechas relaciones simbióticas con la mayoría de las plantas terrestres, y diferentes hongos pueden invadir segmentos radiculares individuales simultáneamente. Además de los efectos ecológicos biológicos y fisiológicos antes mencionados, también afectan y participan en el metabolismo secundario de las raíces de las plantas, pero existen pocos informes de investigación relacionados.
Taxus chinensis var. mairei es una planta protegida nacional de primera clase y una variedad de Taxus distribuida en China. Pertenece a las especies relictas glaciares del Cuaternario y se distribuye principalmente al sur de la cuenca del río Yangtsé. Las plantas del género Taxus están reconocidas actualmente como plantas naturales raras contra el cáncer en peligro de extinción en el mundo. Sus raíces, tallos y hojas contienen ingredientes medicinales anticancerígenos naturales como el paclitaxel y su precursor 10-DAB Ⅲ, así como compuestos taxanos. Por lo tanto, con el fin de buscar nuevas fuentes medicinales, hay muchos informes de investigación sobre hongos endofíticos del tejo del sur de China, pero hay muy pocos informes de investigación sobre hongos micorrícicos del tejo del sur de China. Cuando Zhang Xiangyu et al. estudiaron la distribución del contenido de paclitaxel en varios órganos y tejidos de plantas de tejo del sur de China, encontraron que el contenido más alto de paclitaxel estaba en las raíces fibrosas, que era 0.101%. Posteriormente, Gong Xueyuan et al. estudiaron más a fondo y descubrieron que había algunos hongos micorrícicos en las raíces fibrosas. Tras el aislamiento y el cultivo, se obtuvieron 21 hongos micorrícicos de los tejidos micorrícicos. Mediante cultivo puro de fermentación líquida, se descubrió que 4 de ellos producían 10-DAB III pero no paclitaxel, y 6 producían paclitaxel pero no 10-DAB III. Sin embargo, no se llevó a cabo la identificación de las especies de 21 hongos micorrícicos. Tras diseccionar los hongos micorrícicos de este estudio, se encontró una zona estructural roja en la región central (véase la figura 1), con células de paredes finas en el exterior. Al diseccionar y pelar la zona estructural roja se descubrió que se trataba del tejido radicular original. Tras las pruebas y la investigación, se descubrió que el contenido de paclitaxel era de 0,209%, que era 0,065% superior al de la raíz fibrosa. Este estudio también llevó a cabo el cultivo mutuo entre los hongos micorrícicos del tejo del sur de China y su tejido de callo del tallo, y encontró que el contenido de paclitaxel en el tejido de callo aumentó significativamente después de la interacción. La vaina micorrícica arbuscular es la única estructura anatómica clave añadida por los hongos micorrícicos en relación con las raíces fibrosas ordinarias. Por lo tanto, los hongos micorrícicos de la vaina micorrícica arbuscular deberían ser el factor clave de la elevada acumulación de paclitaxel en el tejido radicular original de los hongos micorrícicos. Con el fin de revelar la correlación entre ambos, este estudio reinició la investigación sobre el aislamiento y la purificación de los hongos micorrícicos en el tejo del sur de China utilizando el método de cultivo de tejidos, y planeó utilizar la observación morfológica y las técnicas de biología molecular para identificar las especies de este hongo micorrícico, con el fin de obtener información sobre el mecanismo de correlación. En comparación con los informes de investigación en la literatura pertinente, se encontró que había diferencias significativas entre la diversidad de especies de hongos micorrícicos en los tejidos de la raíz de tejo del sur de China y la biodiversidad de hongos endógenos en otros tejidos de órganos de las plantas de tejo del sur de China, lo que indica que la especificidad de las especies de hongos micorrícicos en el sur de tejo chino puede haber una correlación entre ellos, La investigación sobre la diversidad de organismos implicados en la biosíntesis de paclitaxel y la interacción entre los hongos micorrícicos y las plantas para producir metabolitos secundarios es de gran importancia científica.

 

Existen 11 especies de plantas Taxus en todo el mundo, incluyendo 1 variedad y 1 híbrido. Entre ellas, 9 especies de hongos endófitos de Taxus tienen la capacidad de producir paclitaxel. Li et al. co-cultivaron medio de cultivo de hongos endofíticos productores de paclitaxel con células cultivadas en suspensión de Taxus cuspidata, y los resultados mostraron que no sólo aumentó la tasa de liberación de paclitaxel, sino que tampoco causó daños significativos a la membrana celular de Taxus cuspidata, lo que indica que el medio de fermentación de hongos endofíticos puede tener la actividad funcional de activar enzimas relacionadas con el transporte activo de paclitaxel. También hay estudios que demuestran que el co-cultivo de células y cepas de avellano es eficaz, siendo la inoculación fúngica y el tiempo de co-cultivo factores importantes para lograr la máxima producción de paclitaxel en este sistema de co-cultivo. Sin embargo, no ha habido ningún informe claro sobre la relación biológica entre los hongos endófitos y las células de Taxus chinensis en la biosíntesis de paclitaxel. Gong et al. informaron que los hongos micorrícicos del sur de Taxus chinensis tienen la capacidad de producir paclitaxel y 10-DAB Ⅲ, pero rápidamente decaen y desaparecen después del subcultivo. Por lo tanto, el mecanismo de correlación entre los hongos micorrícicos y un mayor contenido de paclitaxel en los tejidos de raíces primitivas micorrizadas todavía tiene valor para futuras investigaciones.
Hay monografías que clasifican el tejo chino como planta micorrícica endofítica y señalan que el tejo chino meridional puede formar micorrizas vesiculares arbusculares con hongos micorrícicos arbusculares. La diversidad morfológica de las esporas no basta para revelar la diversidad real de los hongos en los ecosistemas. La aplicación de técnicas de biología molecular en la investigación de los hongos micorrícicos puede aumentar significativamente su diversidad taxonómica. Los estudios han demostrado que la diversidad genética es alta dentro de las poblaciones e incluso dentro de las esporas individuales. Además, existen pruebas que sugieren que las diferencias en la composición de las comunidades de hongos micorrícicos pueden tener diversos efectos sobre las plantas y potencialmente desempeñar un papel en la determinación de la diversidad vegetal, la diversidad del ecosistema y la productividad. Los resultados de este estudio mostraron que los hongos micorrícicos del tejo chino meridional tienen una comunidad microbiana diferente a la de los hongos endofíticos de otros tejidos orgánicos. El tejido original de la raíz tiene un contenido mucho mayor de paclitaxel que las raíces ordinarias y otros tejidos orgánicos, y la interacción entre el tejido del callo y los hongos micorrícicos puede aumentar su contenido de paclitaxel. Por lo tanto, el mecanismo sinérgico entre los hongos micorrícicos y las células de la raíz del tejo chino del sur en la biosíntesis de paclitaxel es una dirección importante que merece la pena estudiar. Esto tiene un significado científico significativo y un valor de aplicación para el desarrollo y la utilización de hongos micorrícicos y la producción verde eficiente de compuestos activos funcionales orgánicos naturales.