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Potential of Endophytic Fungi from Orobanche spp. as Novel Sources of L-Asparaginase, an Enzyme with Anticancer Applications

Este estudio identifica a los hongos endofíticos aislados de especies de *Orobanche* como fuentes prometedoras de la enzima anticancerígena L-asparaginasa, siendo *Alternaria longipes* SH 25 la que muestra una producción óptima (5.95 U/mL) bajo condiciones específicas de pH 5.0 y una concentración de L-asparagina del 1.5%.

Autores originales: Robabeh Gholizadeh, Roghayeh Hemmati

Publicado 2026-10-13

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CC BY 4.0

Autores originales: Robabeh Gholizadeh, Roghayeh Hemmati

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ⚕️ Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo

En el mundo oculto dentro de las plantas sanas, diminutos hongos viven como vecinos silenciosos, compartiendo espacio con sus huéspedes sin causar daño. Estos son endófitos, una comunidad diversa de microorganismos que han evolucionado para producir una vasta gama de herramientas químicas para ayudarlos a sobrevivir y prosperar. Entre las sustancias que estos hongos crean se encuentran las enzimas, que son máquinas biológicas que aceleran reacciones químicas específicas. Una de estas enzimas, conocida como L-asparaginasa, se ha convertido en una herramienta crítica en la medicina moderna. Funciona descomponiendo un bloque de construcción específico de las proteínas llamado L-asparagina. Mientras que la mayoría de las células en el cuerpo humano pueden fabricar su propio suministro de este bloque de construcción, ciertas células cancerosas, particularmente aquellas involucradas en un tipo de cáncer de sangre llamado leucemia linfoblástica aguda, no pueden hacerlo. Ellas dependen enteramente de robarlo de la sangre. Al introducir la enzima en el sistema de un paciente, los médicos pueden despojar a las células cancerosas de este nutriente esencial, haciendo que las células de cáncer mueran de hambre mientras dejan a las células sanas prácticamente inafectadas. Actualmente, la industria médica produce esta enzima vital principalmente a partir de bacterias, pero estas versiones bacterianas a veces pueden provocar reacciones alérgicas graves u otros efectos secundarios en los pacientes, lo que impulsa a los científicos a buscar fuentes más suaves y compatibles.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Zanjan en Irán dirigió su atención hacia un huésped inusual y a menudo pasado por alto para estos vecinos microscópicos: la planta de broomrape (ajenjo o parásito de la familia Orobanchaceae). A diferencia de la mayoría de las plantas que crecen desde el suelo, el broomrape es un holoparásito, lo que significa que no tiene hojas ni raíces propias y sobrevive enteramente adhiriéndose a las raíces de otras cosechas y robándoles sus nutrientes. Debido a este estilo de vida único y estresante, los hongos que viven dentro del broomrape podrían haber desarrollado habilidades especiales para lidiar con su entorno. Los investigadores recolectaron muestras de plantas de broomrape sanas de campos agrícolas en el noroeste de Irán y las limpiaron cuidadosamente para eliminar cualquier suciedad o bacteria superficial. Luego cortaron los tallos de las plantas en trozos pequeños y los colocaron sobre una gelatina rica en nutrientes para ver si algún hongo crecería desde el interior. De 300 muestras de plantas, lograron aislar con éxito docenas de diferentes cepas fúngicas, agrupándolas finalmente en 34 tipos distintos basados en cómo se veían bajo un microscopio.

Para descubrir cuáles de estos hongos podían producir la enzima que combate el cáncer, los científicos utilizaron primero una prueba visual simple. Cultivaron los hongos en una placa especial que contenía L-asparagina y un colorante indicador de pH. Si un hongo producía la enzima, descompondría la asparagina y liberaría amoníaco, lo que volvería el área circundante de amarillo a rosa. Cerca de 20 de los 34 tipos de hongos crearon estos halos rosados, lo que sugería que eran capaces de fabricar la enzima. Sin embargo, los investigadores sabían que un gran círculo rosa en una placa no siempre significa que se esté produciendo una gran cantidad de enzima. Para obtener la verdadera medida, trasladaron a los candidatos más prometedores a cultivos líquidos y utilizaron un método químico para contar con precisión cuánto amoníaco se liberaba. Los resultados mostraron un amplio rango de actividad. Mientras que algunos hongos producían muy poco, cuatro cepas específicas destacaron como las más productivas. Entre ellas, un hongo identificado como Alternaria longipes, específicamente una cepa etiquetada como SH25, produjo la mayor cantidad de enzima, alcanzando 5.79 unidades por mililitio. Esto fue significativamente más que los otros competidores principales, que incluían especies como Macrophomina phaseolina y Aspergillus flavus.

El equipo se centró entonces en la estrella del grupo, la Alternaria longipes SH25, para ver si podían hacer que produjera aún más enzima cambiando su entorno. Probaron cómo afectaban la producción la disponibilidad de alimento y la acidez del líquido. Encontraron que el hongo producía la mayor cantidad de enzima cuando el líquido era ligeramente ácido y contenía una concentración específica de L-asparagina. Bajo estas condiciones optimizadas, la producción de la enzima aumentó a 5.95 unidades por mililitio. Los investigadores también comprobaron qué tan bien resistía la enzima la exposición al calor, un factor crucial para el uso industrial. Descubrieron que la enzima se mantenía muy estable a temperaturas moderadas, reteniendo casi toda su actividad tras ser mantenida a 35 grados Celsius durante media hora, y conservando todavía cerca de dos tercios de su potencia después de dos horas. Esto sugiere que la enzima es lo suficientemente robusta como para ser manejada en un entorno de fabricación sin descomponerse inmediatamente.

El estudio concluye que la planta parásita de broomrape es una fuente rica, aunque previamente inexplorada, de hongos capaces de producir esta enzima vital. El descubrimiento de la cepa de alto rendimiento Alternaria longipes ofrece una potencial nueva alternativa a las fuentes bacterianas utilizadas actualmente en medicina. Dado que las versiones bacterianas pueden causar reacciones inmunológicas en algunos pacientes, las enzimas fúngicas suelen considerarse más compatibles con el cuerpo humano, aunque se necesitan más pruebas para confirmar esta ventaja. Los investigadores señalaron que el tamaño del halo rosa en las placas de prueba iniciales no era un predictor fiable de cuánta enzima produciría realmente el hongo en un cultivo líquido, resaltando la importancia de las mediciones químicas precisas sobre las suposiciones visuales. Al aislar e identificar estos hongos mediante la secuenciación genética, el equipo confirmó sus identidades y estableció un vínculo claro entre esta especie fúngica específica y su capacidad para producir la enzima. Este trabajo abre una nueva puerta para la biotecnología, sugiriendo que incluso las plantas más inusuales de nuestros campos pueden albergar aliados microscópicos capaces de ayudar a combatir enfermedades.

Resumen Técnico: Potencial de los hongos endófitos de Orobanche spp. como nuevas fuentes de L-asparaginasa

Planteamiento del problema
La L-asparaginasa (L-ASNasa) es una enzima terapéutica crítica utilizada en el tratamiento de la leucemia linfoblástica aguda (LLA) y ciertos linfomas. Funciona hidrolizando la L-asparagina en ácido L-aspártico y amoníaco, privando a las células leucémicas de un aminoácido esencial que estas no pueden sintetizar debido a los bajos niveles de L-asparagina sintetasa. Aunque la L-ASNasa comercial deriva principalmente de bacterias (Escherichia coli y Dickeya chrysanthemi), estas fuentes bacterianas se asocian frecuentemente con efectos adversos, incluyendo hipersensibilidad, inmunogenicidad y hepatotoxicidad. Por consiguiente, existe una necesidad apremiante de identificar fuentes microbianas alternativas, particularmente cepas fúngicas, que puedan ofrecer una mejor biocompatibilidad y una menor inmunogenicidad. Aunque se han explorado los hongos endófitos de plantas medicinales, las comunidades endofíticas que habitan en plantas holoparasitas, específicamente Orobanche spp. (raigón), permanecen en gran medida inexploradas a pesar de sus singulares adaptaciones ecológicas y su potencial para capacidades metabólicas novedosas.

Metodología
El estudio empleó un enfoque multietapa para aislar, identificar y evaluar hongos endófitos de Orobanche spp. recolectados en el noroeste de Irán:

Aislamiento y esterilización: 300 muestras de plantas sanas (tallos y flores) fueron sometidas a esterilización superficial utilizando etanol al 70% y hipoclorito de sodio al 1%. La esterilidad fue verificada mediante el cultivo del agua de enjuague en PDA. Los segmentos se cultivaron en agar papa dextrosa (PDA) suplementado con estreptomicina para aislar los endófitos.
Identificación molecular: Se extrajo ADN genómico de 34 morfotipos distintos. La identificación se realizó mediante la amplificación por PCR de la región ITS y genes que codifican proteínas (TEF1-α y β-tubulina), seguido de la secuenciación de Sanger y el análisis BLAST contra las bases de datos del NCBI.
Tamizaje cualitativo: Los aislados fueron evaluados en agar Czapek-Dox modificado (McDox) conteniendo L-asparagina y rojo de fenol. La producción de L-ASNasa se indicó mediante la formación de halos rosados resultantes de la liberación de amoníaco y la elevación del pH.
Ensayo cuantitativo: La actividad enzimática se cuantificó en cultivo líquido utilizando el método de Nessler. Los cultivos se incubaron en medio Czapek-Dox modificado, y el amoníaco liberado se midió espectrofotométricamente a 450 nm. La actividad se expresó en Unidades por mililitro (U/mL).
Optimización: El aislado con mayor rendimiento, Alternaria longipes SH25, fue sometido a un diseño experimental factorial completo de $2^2$ . Las variables incluyeron la concentración de L-asparagina (0.5% y 1.5%) y el pH (5.0 y 7.0).
Prueba de estabilidad: La estabilidad térmica de la enzima del aislado optimizado se evaluó mediante la incubación a 35 °C durante hasta 120 minutos.

Resultados clave

Aislamiento y diversidad: De 300 muestras, se obtuvieron 125 aislados, que representaban 34 morfotipos. El análisis molecular identificó especies que incluyen Alternaria longipes, A. alternata, Fusarium verticillioides, Aspergillus flavus y Macrophomina phaseolina.
Discrepancia en el tamizaje: El tamizaje cualitativo identificó 20 aislados capaces de producir halos rosados. Sin embargo, se encontró una correlación débil y no significativa entre el diámetro del halo y la actividad enzimática real. Por ejemplo, Fusarium clavum (SH4) produjo el halo más grande (3.50 cm) pero exhibió una actividad cuantitativa baja (1.08 U/mL).
Producción de la enzima: El análisis cuantitativo reveló una actividad de L-ASNasa que osciló entre 0 y 5.79 U/mL. El aislado Alternaria longipes SH25 demostró la actividad más alta (5.79 U/mL), seguido de Macrophomina phaseolina (3.30 U/mL) y Fusarium verticillioides (2.24 U/mL).
Optimización: Utilizando el diseño factorial $2^2$ , se optimizó la producción de L-ASNasa por A. longipes SH25. Se alcanzó la actividad máxima de 5.95 U/mL a un pH de 5.0 con una concentración de L-asparagina del 1.5%. El análisis estadístico indicó que la concentración de L-asparagina tuvo un efecto significativo ( $p=0.011$ ), y la interacción entre el pH y la concentración también fue significativa ( $p=0.029$ ).
Estabilidad térmica: La enzima exhibió una buena estabilidad térmica a 35 °C, reteniendo el 99.36% de su actividad tras 30 minutos y aproximadamente el 69% tras 120 minutos.

Significancia y afirmaciones
Los autores afirman que este estudio representa la primera investigación sobre la diversidad de hongos endófitos asociados con Orobanche spp. específicamente para la producción de L-ASNasa. La contribución principal es la identificación de Alternaria longipes SH25, un endófito de una planta holoparasita, como un potente productor de L-ASNasa.

El artículo postula que el nicho ecológico único de Orobanche —como parásito obligado— puede impulsar el desarrollo de mecanismos metabólicos especializados en sus endófitos, conduciendo a la producción de enzimas valiosas. El estudio destaca que, aunque Orobanche es a menudo vista como una maleza destructiva, alberga una comunidad fúngica con un potencial biotecnológico significativo. Los autores concluyen que A. longipes SH25 es un candidato prometedor para un mayor desarrollo como fuente alternativa de L-ASNasa, ofreciendo potencialmente una enzima fúngica con características de estabilidad y producción favorables para aplicaciones farmacéuticas. El trabajo subraya la necesidad de realizar ensayos cuantitativos sobre el tamizaje cualitativo para una evaluación enzimática precisa, y aboga por la exploración de comunidades fúngicas inexploradas en plantas parásitas para el descubrimiento de enzimas.

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