¿Por qué tantos colores y formas? Entendiendo la diversidad de los hongos a partir del ADN

Dr. Pedro Javier Escobar Turriza, Dr. Luis Alfonso Muñoz Miranda, Dra. Leticia Casas Godoy, Dr. Jhony Navat Enríquez Vara, Dr. Luis Joel Figueroa Yáñez y Dr. Alejandro Pereira Santana.

Los hongos pueden ser una molestia en la piel, uñas, e incluso en la cocina, además de causar grandes pérdidas en los cultivos agrícolas. Sin embargo, no debemos subestimar su importancia para la humanidad.

Los hongos han sido nuestros aliados desde tiempos remotos, haciendo posible la creación de alimentos deliciosos como quesos, yogures, bebidas fermentadas y espirituosas. Además, han jugado un papel fundamental en la producción de antibióticos, compuestos antitumorales, materiales médicos como es el caso del biopolímero de melanina [1], control de plagas y productos cosméticos. Aunque a veces los veamos como un problema, los hongos ofrecen muchos beneficios que contribuyen a nuestra salud y bienestar, así como al equilibrio ecológico.

Los hongos pertenecen al reino Fungi. Aunque hay una gran variedad de formas, tamaños y colores (Figura 1), todos los hongos tienen algo en común: su pared celular está compuesta de quitina. Además, a diferencia de las plantas, los hongos no pueden producir su propio alimento, ya que son organismos heterótrofos. Existen varias propuestas para clasificarlos, pero a grandes rasgos los dividiremos en hongos ancestrales, Ascomycota y Basidiomycota. En este último grupo encontramos a los hongos con forma de sombrilla y abanico, comestibles, alucinógenos y también causantes de enfermedades.

Se estima que existen alrededor de 3.8 millones de especies distintas de hongos, lo que convierte a este grupo en uno de los más diversos y abundantes del mundo [2]. Los hongos están presentes en distintos y variados entornos, desde selvas húmedas, hielo ártico, e incluso en nuestra propia piel e intestinos [3,4].

¿Te has preguntado alguna vez por qué hay tantos tipos de hongos distintos? ¿Y por qué tienen diferentes formas y colores? ¿Y por qué algunos pueden sobrevivir en ambientes extremos mientras que otros no? Podemos encontrar las respuestas si miramos hacia el ADN.

El ADN es la molécula que contiene las "instrucciones" esenciales para la vida de cualquier ser vivo. En su estructura se definen características como el color de cabello y de los ojos, así como la formación de órganos y otras funciones vitales. El ADN se encuentra presente en cada célula, tanto en bacterias (procariotes), como en animales, hongos y plantas (eucariotes). En estos últimos, el ADN se encuentra en una estructura llamada núcleo, la cual los define como eucariotes.

El ADN se compone por cuatro submoléculas distintas llamadas nucleótidos y cuyos nombres son: adenina, timina, guanina y citocina, y que se abrevian como A, T, C y G, respectivamente. Estos elementos se encuentran formando largas cadenas con los cuatro nucleótidos, cuyo orden pareciera azaroso a primera vista y los cuales constituyen el genoma de cualquier especie.

Dentro de estas secuencias se ocultan mensajes a manera de sopa de letras, a los cuales conocemos como genes. Cada segmento de una cadena de nucleótidos contiene un mensaje único debido a su combinación específica de A, G, C, y T. Esto es comparable a los códigos de barras, donde diferentes combinaciones de elementos representan mensajes individuales.

Interesantemente, se puede extraer ADN de cualquier tipo de hongos y estudiar la información dentro de él, ya que existen diversas técnicas de laboratorio y computacionales para estos fines (Figura 2).

Los hongos pueden poseer miles de genes en su genoma. Algunos genes son iguales en diferentes especies de hongos, como los que se encargan de la formación de la pared celular, pero otros genes son exclusivos de ciertos hongos y les permiten sobrevivir en condiciones extremas.

¿Cómo logran los hongos tener tantas formas, colores y estilos de vida diferentes?

Los genomas experimentan cambios a lo largo del tiempo; algunos genes dentro del genoma se duplican o cambian de lugar, otros se copian y pegan en diferente lugar y algunos pierden su función. Pero lo fascinante es que los genes duplicados pueden crear nuevas funciones, lo que significa que pueden producir nuevas estructuras y procesos en los hongos, tales como la producción de pigmentos o moléculas, o hacerlos más adaptables a situaciones difíciles. ¡Por eso hay una diversidad tan grande de hongos! ¿No es increíble?

Ahora, imagina que posees un librero repleto de libros de diferentes colores, donde cada estante representa un genoma distinto (Figura 3). Cada libro simboliza un gen con funciones únicas, como aquellos relacionados con el crecimiento, la resistencia a condiciones ambientales y la producción de un determinado compuesto, entre otros.

En el primer estante, se encuentra el genoma de un ancestro común a todos los hongos (genoma ancestral) representado por siete genes (los siete libros de colores). En los siguientes estantes encontraremos los genomas de hongos que descendieron del ancestro común, pero han ido cambiando con el tiempo; por ejemplo, en el segundo estante, se halla el genoma de un hongo que ha experimentado duplicaciones en ciertos genes, lo que significa que tendrá nuevas copias (los libros de color rosa y naranja). En el tercer estante, se encuentra el genoma de un hongo que ha experimentado cambios en su organización (el libro 6 y los libros grises, reubicados), o ha perdido genes (como el libro amarillo). Esto implica una alteración en la estructura de su genoma. Finalmente, el cuarto estante, representa un genoma que ha sufrido un evento de duplicación global, incorporando una considerable cantidad de nuevos genes.

Utilizando diferentes herramientas computacionales, podemos estudiar estos cambios y comparar las similitudes, diferencias y peculiaridades que existen entre diferentes genomas. Al entender cómo los genomas cambian con el tiempo, podemos comprender mejor cómo los organismos adquieren nuevas funciones y se adaptan a diferentes entornos. ¡Así es como funciona la evolución!

Después de este paseo por el mundo de los hongos y la evolución de los genomas, esperamos haber transmitido cómo el ADN está presente en cada uno de estos procesos. El ADN es el manual de construcción y funcionamiento de millones de especies de organismos en la naturaleza, muchos de los cuales aún están por descubrir y estudiar.

La "Genómica comparativa" nos ayuda a entender las relaciones entre ellos un poco más, permitiéndonos -entre otras cosas- el descubrimiento de nuevos compuestos útiles para la humanidad. Sumergirnos en el vasto mar genómico de los hongos es esencial para entender su complejidad, sus interacciones con el ambiente y su capacidad para producir moléculas útiles. A través de estas estrategias computacionales de búsqueda del conocimiento, nos acercamos cada día más a comprender lo que hoy día definimos como Hongos.

Referencias

1. eUGrekamigos. Melaninas fungicas: aplicaciones en salud, industria y bioremediacion. Universidad de Guanajuato. https://www3.ugto.mx/eugreka/contribuciones/413-melaninas-fungicas-aplicaciones-en-salud-industria-y-bioremediacion
2. Hawksworth DL, Lücking R (July 2017). Fungal Diversity Revisited: 2.2 to 3.8 Million Species. The Fungal Kingdom. Microbiology Spectrum. 5:79–95. Este artículo aborda diversos estudios sobre la cantidad de especies de hongos que habitan en el planeta. FUNK-0052-2016. ISBN 978-1-55581-957-6. PMID 28752818. DOI: 10.1128/microbiolspec.
3. JPérez JC. (2021). Fungi of the human gut microbiota: Roles and significance. International Journal of Medical Microbiology. Este trabajo aborda la importancia y el papel que desempeñan los hongos de la microbiota humana en el bienestar y la salud de las personas. DOI: 10.1016/j.ijmm.2021.151490.
4. Gunde-Cimermana N., Sonjaka S., Zalara P., Frisvadb JC., Diderichsenc B., Plemenitaš A. (2003). Extremophilic fungi in arctic ice: a relationship between adaptation to low temperature and water activity. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. Este artículo aborda estudios sobre hongos capaces de crecer y desarrollarse en ambientes extremos, como lo son las bajas temperaturas de los hielos árticos, y se plantea la pregunta de cómo estos pueden lograrlo. DOI: 10.1016/j.pce.2003.08.056, 2003.