Introducción
Los hongos del género Aspergillus son microorganismos ubicuos, presentes en el aire, el suelo y la materia orgánica en descomposición. Se han clasificado más de 250 especies. Aunque algunos de ellos tienen aplicaciones industriales, como en la producción de alimentos fermentados y enzimas, otros son una amenaza significativa para la salud humana, animal y vegetal debido a la producción de micotoxinas (Klich et al., 2007).
Aspergillus es el principal productor de aflatoxinas, micotoxinas altamente tóxicas que se generan bajo ciertas condiciones ambientales y que se relacionan con múltiples problemas en la cadena alimentaria global. Con el cambio climático intensificando las condiciones favorables para la proliferación de Aspergillus, la regulación y control de estas toxinas se vuelve cada vez más crucial.
Características morfológicas
Los hongos Aspergillus son hongos filamentosos caracterizados por su capacidad de reproducirse de manera asexual mediante la formación de conidios. Su estructura morfológica se distingue por una arquitectura especializada que facilita la dispersión eficiente de sus esporas. Se detallan las diferentes partes en la Imagen 1.
Imagen 1. a) Morfología Aspergillus b) Imagen microscopio Aspergillus
1. Conidióforos:
Los conidióforos son estructuras alargadas y erectas que emergen de células pie (células basales). Estas estructuras actúan como soporte para las demás partes del aparato conidial y presentan un estípite rígido y liso o rugoso, dependiendo de la especie. Su longitud y grosor pueden variar entre especies, pero siempre terminan en una vesícula característica.
2. Vesícula:
La vesícula es una estructura globosa o claviforme ubicada en el ápice del conidióforo. En ella se insertan las fiálides y, en algunas especies, también las métulas. Su tamaño y forma son características taxonómicas importantes para la identificación del hongo.
3. Métulas y Fiálides:
- Métulas: Son células alargadas y cónicas que se disponen de manera radial alrededor de la vesícula en especies con una organización biseriada. Estas estructuras sirven como base para las fiálides.
- Fiálides: Son estructuras especializadas que se originan directamente en la vesícula (en especies uniseriadas) o sobre las métulas (en especies biseriadas). Las fiálides son responsables de la producción de conidios mediante un mecanismo de gemación repetitiva.
4. Conidios:
Los conidios son estructuras asexuales esféricas o subesféricas que se disponen en cadenas basípeta (las esporas más jóvenes se forman en la base de la cadena). Son de textura lisa o rugosa, dependiendo de la especie, y contienen melanina, lo que les confiere resistencia frente a condiciones ambientales adversas. Son las unidades de dispersión del hongo.
5. Células basales o pie:
Las células basales o pie son la base del conidióforo y anclan la estructura en el sustrato. Su forma y tamaño contribuyen al soporte del aparato conidial. (Klich et al., 2007)
Las micotoxinas producidas por Aspergillus
Dentro del género de Aspergillus hay especies altamente productoras de micotoxinas, en particular Aspergillus flavus y Aspergillus parasiticus. Estas toxinas no tienen una función clara en el crecimiento o desarrollo del hongo, lo que las clasifica como metabolitos secundarios. Se cree que se produce su síntesis en determinadas condiciones para funciones de defensa o protectoras, como respuesta a condiciones de estrés ambiental (Carvajal et al., 2013). También se ha sugerido que estas toxinas ayuden a los hongos a colonizar tejidos vegetales debilitados o dañados, favoreciendo su supervivencia (Varga et al., 2003). Entre las micotoxinas más peligrosas que puede producir el género Aspergillus están las aflatoxinas, las cuales se consideran potentes carcinógenos que pueden contaminar cultivos como el maíz, los frutos secos, el trigo y el arroz.
Estas micotoxinas son las que presentan una mayor regulación ya que han sido relacionadas históricamente con grandes contaminaciones, que han desembocado en numerosas muertes. Uno de los primeros casos se dio en 1961 en una granja avícola en Londres, donde un total de 100.000 pavos murieron debido a la denominada enfermedad «X» de los pavos, tras ser alimentados con harina de cacahuete brasileña contaminada por aflatoxinas (Blount et al., 1961).
Legislación
Dado su potencial tóxico, actualmente los límites legales establecidos de AFB1 en materias primas y piensos está regulada por el Reglamento (UE) Nº 574/2011 de la Comisión, que modifica el Anexo I de la Directiva 2002/32/CE.
| Materia prima/piensos | Límite legal (ppb) se refieren a alimentos con una humedad de 12% |
|---|---|
| Todas las materias primas para nutrición animal | 20 |
| Piensos compuestos para bovinos, ovinos y caprinos (excepto los animales de producción lechera y terneros y corderos) | 20 |
| Piensos completos para ganado lechero | 5 |
| Piensos completos para terneros y corderos | 10 |
| Piensos compuestos para cerdos, aves de corral (excepto animales jóvenes) | 20 |
| Otros piensos completos | 10 |
| Otros piensos complementares | 5 |
Tabla 1. Tabla límites legales establecidos en AFB1
Efectos de las micotoxinas en los cultivos y la salud
Desde el punto de vista agrícola, las infecciones por Aspergillus pueden provocar pérdidas económicas sustanciales. Por ejemplo, las infecciones por Aspergillus flavus pueden disminuir el rendimiento total de los cultivos entre un 10 y un 30 %. (Ramírez-Camejo et al., 2012). La contaminación de los cultivos ocurre principalmente en condiciones cálidas y húmedas, lo que degrada la calidad y la cantidad de la producción. Además, los alimentos contaminados con micotoxinas a menudo deben ser destruidos, aumentando aún más los costos para los productores.
Las micotoxinas de Aspergillus no solo afectan a la calidad de los alimentos también representan un riesgo para la salud de los animales y humanos. En el ganado, el consumo de alimentos contaminados con micotoxinas puede causar enfermedades hepáticas, inmunosupresión y problemas reproductivos, lo que a su vez afecta al rendimiento animal. En los humanos, la exposición a aflatoxinas se ha relacionado con enfermedades graves como el cáncer de hígado, y su presencia en los alimentos puede causar intoxicaciones alimentarias agudas.
El impacto del cambio climático en la producción de micotoxinas
El cambio climático está alterando los patrones de temperatura y precipitación en todo el mundo, creando condiciones más propicias para la proliferación de hongos productores de micotoxinas, como las especies del género Aspergillus. Las sequías, las olas de calor y los cambios en las estaciones de cultivo afectan directamente a la vulnerabilidad de los cultivos al estrés, lo que puede favorecer la infección por hongos y, en consecuencia, la producción de micotoxinas.
Las temperaturas más altas y el aumento de la humedad proporcionan un entorno óptimo para el crecimiento de Aspergillus y la síntesis de micotoxinas. Estudios recientes han mostrado un incremento en los niveles de aflatoxinas en regiones donde antes no eran una preocupación, lo que podría deberse a la expansión de las zonas climáticas donde estos hongos pueden prosperar. Por ejemplo, algunos países europeos, tradicionalmente libres de aflatoxinas, están comenzando a enfrentar problemas con estas toxinas debido al aumento de las temperaturas. Figura 2 (Battilani et al., 2016).
Figura 2. Mapas de riesgo de contaminación por aflatoxinas en maíz durante la cosecha en 3 escenarios climáticos diferentes: actual, +2 °C, +5 °C. (Battilani et al., 2016).
Micotoxinas producidas por hongos del género Aspergillus
Se ha demostrado que el género Aspergillus es capaz de generar una amplia variedad de micotoxinas. (Tabla 2) Entre las que se incluyen en la siguiente lista, destaca la aflatoxina por su toxicidad y efecto cancerígeno (Ráduly et al., 2020).
| Especie de Aspergillus | Aflatoxinas | Ocratoxina | Citrinina | Patulina | Cyclopiazonic Acid | Aflatrem | Terrein |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A. alliaceus | X | ||||||
| A. arachidicola | X | ||||||
| A. arachidicola sp. nov | X | ||||||
| A. bombycis | X | ||||||
| A. carbonarius | X | ||||||
| A. flavus | X | X | X | ||||
| A. korhogoensis | X | ||||||
| A. minisclerotigenes sp. nov. | X | X | |||||
| A. niger | X | ||||||
| A. nomius | X | ||||||
| A. novoparasiticus | X | ||||||
| A. ochraceus | X | ||||||
| A. parasiticus | X | ||||||
| A. pseudotamarii | X | ||||||
| A. rambellii | X | ||||||
| A. terreus | X | X | X | X | |||
| A. toxicarus | X |
Tabla 2. Especies y micotoxinas producida
Dentro de las aflatoxinas destacan principalmente las aflatoxinas B1, B2, G1,y G2 en los cultivos y M1 en leche. Las nomenclaturas de B o G corresponden a la fluorescencia que procede la molécula B= Blue y G= green (Imagen 3). En el caso de la aflatoxina M1, se trata de un metabolito obtenido tras la biotransformación de la aflatoxina B1, que se caracteriza por su acumulación en la leche.
Imagen 3. Fluorescencia emitida por las aflatoxinas presentes en maíz contaminado con Aspergillus.
Vías metabólicas y síntesis de aflatoxinas
Las aflatoxinas (AFs) son compuestos bisfuranocumarínicos que son producidas por más de 16 especies de Aspergillus. De los más de 19 análogos identificados, los más importantes son las aflatoxinas de la serie B (AFB1 y AFB2) y de la serie G (AFG1 y AFG2), debido a su toxicidad y prevalencia. Los principales productores son A. flavus y A. parasiticus. Su biosíntesis es un proceso altamente regulado que involucra tres grupos de genes según su etapa en la vía metabólica:
- Genes de la vía temprana: aflA, aflB, aflC, hypC y aflD, que inician la conversión de hexanoato a ácido norsolorínico.
- Genes de la vía intermedia: aflG, aflH, aflK, aflV y aflW, que son responsables de convertir intermediarios como averufina en precursores como el versiconal hemiacetal acetato (VHA).
- Genes de la vía tardía: aflP, aflQ, hypB y otros, que catalizan las transformaciones finales hacia AFB1, AFB2, AFG1 y AFG2. El gen regulador aflR controla la expresión de muchos genes de la vía, mientras que aflS actúa como coactivador en las primeras etapas de la biosíntesis.
En cuanto a las diferencias específicas y factores ambientales:
- A. flavus produce principalmente aflatoxinas de tipo B (AFB1 y AFB2), mientras que A. parasiticus produce tanto aflatoxinas de tipo B como de tipo G.
- La incapacidad de A. flavus para sintetizar aflatoxinas G se debe a una deleción en los genes aflF y aflU. Sin embargo, se han identificado nuevas cepas de A. flavus que son capaces de producir las cuatro aflatoxinas.
- La producción de aflatoxinas está influenciada por factores ambientales y puede variar según la especie y las condiciones del entorno. Este conocimiento sobre las vías biosintéticas y la regulación genética permite desarrollar estrategias para mitigar la producción de aflatoxinas, así como para entender mejor la diversidad metabólica en especies micotoxigénicas.
Este resumen recoge los aspectos clave de la biosíntesis y regulación de las aflatoxinas en especies del género Aspergillus Figura 3 (Kolawole et al. 2021).
Figura 3. (A) Agrupación de genes biosintéticos de aflatoxinas en especies de Aspergillus. Las flechas indican la dirección de la transcripción genética, y los genes que regulan el agrupamiento están marcados con una flecha dorada. (B) Propuesta de la vía biosintética de las aflatoxinas (Ehrlich et al., 2004; Skory et al., 1992; Yu et al., 2004).
Regulación y estrategias para mitigar el riesgo
La regulación de las micotoxinas es fundamental para garantizar la seguridad alimentaria y proteger la salud pública. En muchos países, existen límites estrictos para la concentración de micotoxinas permitida en los alimentos y piensos. Por ejemplo, la Unión Europea ha establecido normas para el nivel máximo de aflatoxinas permitido en productos agrícolas, tanto para el consumo humano como para el uso en la alimentación animal.
Sin embargo, a medida que el cambio climático aumenta la prevalencia de micotoxinas, la regulación actual puede quedarse obsoleta. Se requiere un enfoque global que contemple la vigilancia activa de las condiciones ambientales y la presencia de micotoxinas en los cultivos.
Conclusión
Los hongos del género Aspergillus y su capacidad para producir micotoxinas representan una amenaza creciente en el contexto del cambio climático. El calentamiento global está creando condiciones más favorables para la proliferación de estos hongos, lo que pone en riesgo la seguridad alimentaria y la salud humana y animal.
Para mitigar este riesgo, es fundamental reforzar la regulación, fomentar la investigación y adoptar estrategias de adaptación que permitan proteger los cultivos de las infecciones por Aspergillus y limitar la exposición a micotoxinas. Entre las medidas preventivas, destacan las buenas prácticas agrícolas, el manejo adecuado del almacenamiento, la ventilación de los granos y el control de plagas. Estas acciones pueden reducir significativamente la incidencia de micotoxinas en los alimentos para animales.
Asimismo, el uso de aditivos específicos con acción antimicotoxinas en los piensos, ha demostrado ser una herramienta eficaz. Estos compuestos actúan capturando las micotoxinas en el tracto digestivo, disminuyendo su absorción y evitando sus efectos tóxicos. Estos esfuerzos, además de proteger la salud animal, son esenciales para garantizar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad en la producción animal.
