Autores: Nepomuceno García Francisco¹, Payán Zelaya Fidel Adolfo José Martín²
¹,² Universidad Autónoma Metropolitana, División de Ciencias Biológicas y de la Salud, Departamento de Producción Agrícola Animal
¹ Maestría en Ciencias Agropecuarias
Panorama actual
Las actividades agroindustriales generan grandes cantidades de subproductos o residuos que representan un problema a nivel mundial. La falta de un adecuado tratamiento para su resolución final y el desconocimiento de su valor ocasionan que frecuentemente sean incinerados o arrojados a la intemperie. Estos residuos orgánicos, que se originan desde el cultivo hasta su procesamiento, constituyen la principal provisión de carbono del suelo; sin embargo, la tardía descomposición natural representa un severo problema para el ambiente y la sociedad (Mueses Mafla y Romo Chamorro, 2018).
Son múltiples los efectos negativos que se generan por el mal manejo de estos productos. La quema de residuos repercute directamente en la pérdida de biodiversidad, la erosión del suelo y la emisión de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y amoniaco). Se ha reportado que la exposición al amoniaco tiene consecuencias en los mamíferos, desde la provocación de tos e irritación en la garganta y la nariz, hasta quemaduras en la piel, garganta, ojos y pulmones, lo que puede conllevar a casos extremos, provocando ceguera, edema pulmonar e, inclusive, la muerte (Fernández García et al., 2017).
No obstante, la prohibición de esta actividad da origen a otros problemas ambientales derivados de la exposición de residuos a campo abierto, tales como la eutrofización del agua, tanto en fuentes superficiales como subterráneas, la proliferación de vectores, la presencia de malos olores, la propagación de incendios y la proliferación de plagas, entre otros. Estos efectos, resultado de las diversas actividades agroindustriales, contribuyen al deterioro de la naturaleza; por lo tanto, existe la necesidad de encontrar nuevas alternativas que se encuentren al alcance de la población y que formen parte de la toma de decisiones sobre el manejo de dichos residuos, tomando como referencia la sostenibilidad y el medio ambiente.
Lo antes dicho tiene como finalidad entender el contexto en el cual se desarrolla el presente artículo, donde, a través de un agente causal, se pretende demostrar el valor que constituye el aprovechamiento de residuos lignocelulósicos arbóreos.
Composición química de los vegetales
La lignocelulosa es el componente principal de las plantas. Está conformada por distintos polímeros, como la celulosa, la hemicelulosa y la lignina, y se presenta como la masa seca de las plantas. Esta biomasa se origina por acción de la fotosíntesis y es considerada como una importante fuente renovable de carbono (Morales Cepeda & Mendoza, 2012). Además, es el material orgánico más abundante en el planeta, de tal manera que genera grandes cantidades de residuos de material orgánico. Este material puede incluir restos de residuos agrícolas, de podas, de la industria papelera y de los hogares.
La presencia de polímeros en la composición vegetal representa una alta resistencia contra factores bióticos y abióticos. La celulosa es un compuesto fundamental en la composición de la pared celular y en la construcción del esqueleto que funge como sostén de tallos, ramas y árboles. Después de la celulosa, la lignina es considerada como el segundo material orgánico más abundante en el planeta. La presencia de lignina en la composición vegetal le confiere una alta resistencia, lo cual le otorga la capacidad de resistir el proceso de descomposición. Esto da como resultado que solo algunos organismos tengan la capacidad de arremeter contra plantas sanas y árboles vivos (Ramírez Carrasco, 2010).
Por su parte, la hemicelulosa, que se constituye por un complejo de carbohidratos, sirve como una conexión entre las fibras de celulosa y de lignina, además de proporcionar rigidez al conjunto celulosa-lignina.
Microorganismos eficaces
Una alternativa para la solución del manejo de residuos agropecuarios es el uso de agentes biológicos, dentro de los cuales los hongos son considerados como los principales responsables de mantener los procesos de reciclaje de la madera, contribuyendo significativamente a la reintegración del carbono y del nitrógeno en los ecosistemas. En su entorno natural, los hongos se desarrollan sobre una amplia variedad de residuos vegetales; la acción que ejercen sobre los residuos es principalmente la descomposición de la lignina y la celulosa de la pared de la célula vegetal, por tal motivo se les considera como los principales desintegradores de la lignocelulosa.
Pudrición blanca
En la naturaleza existen microorganismos capaces de desintegrar compuestos a base de lignocelulosa. Se han identificado algunos organismos que tienen una alta especificidad para desintegrar rápidamente la lignina; estos son denominados hongos de la “pudrición blanca”. Se les atribuye el término de pudrición blanca por la acción que ejerce el hongo para la obtención de nutrimentos a partir de la lignina y la celulosa, especialmente en la descomposición de la lignina.
A diferencia de la pudrición parda, que solo modifica la lignina a través de especies reactivas de oxígeno, los hongos de pudrición blanca degradan completamente la lignina mediante hidrólisis enzimática (Presley et al., 2018). Dentro de este grupo de hongos se encuentran algunas especies que forman parte de las familias desintegradoras de madera de la clase Agaricomycetes, conocidos por poseer himenios, comúnmente conocidos como setas u hongos de sombrero.
Modo de acción
El proceso de degradación involucra la acción de enzimas ligninolíticas que son altamente eficientes y especializadas. En el complejo enzimático se encuentran las celulasas y las xilasas, que actúan sobre compuestos a base de celulosa y hemicelulosa (Rodríguez Valbuena, 2020). La acción de estos microorganismos se basa en la alta especificidad para desintegrar la celulosa, la hemicelulosa y la lignina de árboles leñosos y de casi cualquier tipo de residuo vegetal.
Beneficios
En 1979 comenzaron los estudios sobre la capacidad degradativa de los hongos. El principal interés en este grupo se debe a la capacidad de las enzimas ligninolíticas; esta importancia aumentó cuando se demostró la capacidad de Phanerochaete chrysosporium para oxidar compuestos aromáticos, policíclicos y tinturas poliméricas (Shimizu et al., 2009).
Algunas de las enzimas de gran importancia son la lignina peroxidasa, la manganeso peroxidasa y la lacasa. La alta capacidad oxidante que presentan se asocia con su utilización como aditivos en alimentos, en el blanqueamiento de papel, en la biorremediación y en la elaboración de combustibles. En este último caso, la utilización de las enzimas es principalmente para la degradación de residuos agroindustriales, transformándolos en azúcares fermentables que forman parte importante en la elaboración de etanol.
Asimismo, los hongos de pudrición blanca son proveedores de compuestos funcionales; su principal aplicación consiste en la obtención de enzimas y pigmentos. Se ha demostrado que estas sustancias, excretadas a partir de las células, son eficientes para el control de hongos antagonistas que causan enfermedades en diversos cultivos vegetales. Además, estos pigmentos pueden ser utilizados para dar color a los alimentos.
Consecuentemente, los residuos agotados y con alto contenido de lignina pueden ser transformados en humus y ser aprovechados para el desarrollo de plantas cultivadas (Rodríguez Valbuena, 2020). Es importante mencionar que la calidad de estos productos orgánicos está relacionada con el contenido de lignina y nitrógeno, lo que permite determinar si el producto es adecuado para su utilización como fertilizante.
Pycnoporus sanguineus
Pycnoporus es un grupo de hongos que forman parte de la clase Agaricomycetes y es uno de los géneros más estudiados. Está integrado por un grupo de ocho especies que forman parte del orden Polyporales y que causan pudrición blanca. Dentro de este grupo se encuentra Pycnoporus sanguineus (L.) Murrill, un hongo silvestre que tiene una amplia distribución a lo largo del planeta.
Este hongo crece en conjuntos en zonas boscosas de regiones tropicales y subtropicales, con altitudes desde el nivel del mar hasta los 1,800 m. P. sanguineus desarrolla cuerpos fructíferos visibles para el ser humano; el carpóforo o cuerpo fructífero se presenta con un píleo o sombrero aplanado, de consistencia correosa, que mide de 2 a 6 cm de ancho, y se distingue por su color rojo-anaranjado brillante.
Desde la década de 1990, este género ha despertado el interés de los investigadores para estudiar las rutas metabólicas que permiten la síntesis de metabolitos secundarios, cuyas propiedades tienen aplicaciones biotecnológicas, bioquímicas y de biorremediación (Lomascolo et al., 2011).
Beneficios del cultivo de Pycnoporus sanguineus
Desde tiempos antiguos, el uso de este hongo se asocia con algunas tribus indígenas de regiones de América Latina, África y Asia. Los diversos beneficios contribuyeron al alivio de distintos padecimientos; algunos de sus usos tradicionales incluyen la eliminación de verrugas, parásitos intestinales, problemas menopáusicos y del vientre, además de su uso como analgésico para el dolor de dientes y como cicatrizante en infecciones bucales (Scarpa, 2009).
Aunque el consumo del hongo no es considerado comestible de manera general, en tribus indígenas tzeltales chiapanecas su uso forma parte de la preparación de platillos y bebidas. Sin embargo, P. sanguineus es principalmente conocido por su potencial biotecnológico. Presenta un gran poder para desintegrar lignina y celulosa, además de desarrollar metabolitos bioactivos de interés comercial, principalmente pigmentos y la producción de cinabarina, ácido cinabarínico y derivados, los cuales presentan actividad antifúngica, antiviral y antibacteriana.
En 1946 se aisló un compuesto activo producido por el hongo, el poliporín, el cual demostró actividad antimicrobiana contra bacterias grampositivas y gramnegativas. Algunas de estas bacterias tienen un alto potencial para producir enfermedades en plantas y humanos (Henrique Rosa et al., 2003).
Además, los pigmentos tienen gran utilidad en la industria farmacéutica, principalmente para la obtención de tonalidades de rojo intenso en maquillajes y tintes para el cabello. En la industria alimentaria, la utilización del hongo forma parte de aditivos e intensificadores de color en alimentos o bebidas; esta aplicación tiene como fin la eliminación de compuestos fenólicos, responsables del pardeamiento y la turbidez del jugo de frutas, la cerveza y el vino (Rodríguez Couto & Toca Herrera, 2006). También se ha utilizado el género Pycnoporus para la remediación de problemas ambientales derivados de la presencia de metales pesados.
Cultivo de Pycnoporus sanguineus
El cultivo de Pycnoporus presenta una alta versatilidad para desarrollarse en distintos tipos de sustrato. Algunos estudios han mostrado la capacidad del hongo para crecer sobre residuos de aserrín de pino, encino y cedro, demostrando un mayor desarrollo de basidiocarpos o cuerpos fructíferos sobre el encino. Asimismo, en Brasil se han utilizado residuos de eucalipto, considerados como un sustrato óptimo para su crecimiento y producción.
También se ha observado la colonización del hongo sobre distintos residuos vegetales pertenecientes a la familia botánica de las leguminosas, las cuales se caracterizan por fijar nitrógeno en el suelo (Nepomuceno García, 2024). En general, se ha observado que para el cultivo del hongo se requieren nutrientes básicos; por ello, es común observar su crecimiento en medios artificiales. Los elementos necesarios para el óptimo desarrollo del hongo son una fuente de carbono y de nitrógeno.
Reflexiones
La biomasa lignocelulósica es considerada como un recurso fundamental de la naturaleza. El tratamiento de residuos agroindustriales mediante el empleo de organismos causantes de la pudrición blanca representa una alternativa amigable con el medio ambiente. P. sanguineus es un organismo capaz de transformar residuos orgánicos en productos de interés comercial, contribuyendo al reciclaje de nutrientes y formando parte de la solución a la problemática ambiental.
De esta forma, los distintos beneficios que posee la aplicación de este hongo permiten comprender que, en la naturaleza, existen microorganismos capaces de contribuir a la solución de problemas que repercuten sobre la sociedad.
Referencias bibliográficas
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- Henrique Rosa, L., Gomes Machado, K. M., Jacob, C. C., Capelari, M., Augusto Rosa, C., & Leomar Zani, C. (2003). Screening of Brazilian basidiomycetes for antimicrobial activity. Memórias Do Instituto Oswaldo Cruz, 98(7), 967–974. https://doi.org/10.1590/S0074-02762003000700019
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