Aislamiento, estudio y caracterización de microorganismos endófitos. Estudio de su potencial biotecnológico en agroalimentación

Abstract

En esta Tesis Doctoral se estudió el potencial biotecnológico de los microorganismos endófitos, entendidos como organismos capaces de colonizar y cohabitar de forma asintomática en los tejidos internos sanos de las plantas, con capacidad para modular su fisiología y conferir beneficios relacionados con el crecimiento, la nutrición y la tolerancia a factores de estrés bióticos y abióticos. En el contexto actual del sector agroalimentario, condicionado por el aumento de la presión de enfermedades, la reducción de alternativas químicas y la necesidad de estrategias más sostenibles, los endófitos y/o sus metabolitos representan una fuente prometedora de herramientas biológicas aplicables a biocontrol, obtención de compuestos antimicrobianos/antioxidantes y producción de enzimas de interés. El objetivo principal planteado en esta Tesis Doctoral es aislar hongos endófitos de rizomas de jengibre (Zingiber officinale) y de hojas de dos especies de manglar (Avicennia germinans y Rhizophora mangle), identificarlos a nivel de género y especie, y evaluar de forma integrada su potencial biotecnológico orientado a aplicaciones en el ámbito agroalimentario. Para ello, se aplicaron protocolos de esterilización superficial verificados, aislamiento en placa y una identificación combinada morfológica y molecular. A partir de rizomas de jengibre se construyó una colección de 9 aislados agrupados en 4 géneros y 8 especies, con predominio de Penicillium y Aspergillus, e inclusión de taxones menos frecuentes de interés funcional, como Plectosphaerella cucumerina y Pseudogymnoascus pannorum. En paralelo, el estudio de hojas de A. germinans y R. mangle permitió obtener 14 cepas agrupadas en 7 géneros y 12 especies, con predominio de Aspergillus y presencia recurrente de Penicillium. Posteriormente, se realizó un cribado funcional in vitro para cuantificar la actividad antifúngica frente a Botrytis cinerea B05.10 y Colletotrichum acutatum IMI348489, la actividad antibacteriana frente a Staphylococcus aureus CECT469 y Klebsiella pneumoniae CECT517, y la capacidad de producción de enzimas hidrolíticas (amilasas, celulasas, esterasas, lipasas y proteasas). Además, los aislados se fermentaron en condiciones definidas para obtener extractos crudos, cuya actividad antioxidante se evaluó mediante el ensayo con DPPH y cuya actividad antibacteriana se determinó frente a S. aureus y K. pneumoniae. Los ensayos funcionales evidenciaron que varias cepas endófitas presentaron actividad biológica de interés, permitiendo discriminar perfiles funcionales contrastados entre los aislados. En conjunto, se identificaron candidatos con capacidad de inhibir el crecimiento de hongos fitopatógenos relevantes, así como extractos con actividad antioxidante y antibacteriana, especialmente frente a bacterias Gram positivas. Adicionalmente, los aislados mostraron producción de enzimas extracelulares con potencial aplicación biotecnológica y agroalimentaria, lo que refuerza el valor de estas colecciones endófitas como fuente de herramientas biológicas para el sector agroalimentario. Finalmente, se realizó una prueba de concepto in vivo centrada en uno de los aislados con mayor actividad: Penicillium melinii (J47), evaluando su formulación mediante inmovilización en esferas de alginato, su viabilidad durante la conservación y su capacidad de establecerse como endófito en cultivos agrícolas (Phaseolus vulgaris, Solanum melongena y Cucurbita pepo var. cylindrica). El hongo encapsulado mantuvo viabilidad y un crecimiento consistente durante el periodo de evaluación. La inoculación no se asoció a síntomas visibles de enfermedad ni a alteraciones morfológicas evidentes y la inserción endofítica se apoyó mediante un enfoque convergente basado en reaislamiento y detección molecular, mostrando un patrón temporal compatible con la necesidad de un periodo de colonización. En conjunto, esta Tesis Doctoral establece un itinerario escalonado desde la bioprospección y construcción de colecciones endófitas hasta un cribado funcional y una validación preliminar en condiciones controladas, identificando candidatos y actividades de interés que sientan las bases para fases posteriores de optimización, fraccionamiento e identificación de metabolitos, y evaluación aplicada a mayor escala en contextos próximos a las condiciones reales de cultivo.