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Revista mexicana de fitopatología

On-line version ISSN 2007-8080Print version ISSN 0185-3309

Rev. mex. fitopatol vol.43 n.3 Texcoco Sep. 2025  Epub Oct 13, 2025

https://doi.org/10.18781/r.mex.fit.2503-1 

Artículos Científicos

Composición de ácidos grasos de lipopéptidos con actividad antifúngica sintetizados por Bacillus amyloliquefaciens

Nancy Ley-López¹ 

José Basilio-Heredia² 

Isabel Cruz-Lachica² 

Isidro Márquez-Zequera² 

Raymundo Medina-López¹ 

Cesar San Martín-Hernández³ 

Raymundo Saúl García-Estrada² 

1¹ Facultad de Agronomía, Universidad Autónoma de Sinaloa. Carretera Culiacán-Eldorado Km 17.5, Aparatado Postal 25, CP. 80000, Culiacán, Sinaloa, México.

2² Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. Coordinación Culiacán (CIAD). Km 5.5 Carretera a Eldorado, Campo El Diez, CP. 80110. Culiacán, Sinaloa, México.

3³ Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, Km 36.5 Carretera México-Texcoco, Montecillo, CP 56264, Estado de México, México.


Resumen

Antecedentes/Objetivo.

Algunas especies de Bacillus sintetizan lipopéptidos con actividad biológica, que contienen ácidos grasos de longitud variable. La composición de ácidos grasos es clave para su posible actividad como agentes surfactantes. El objetivo fue determinar la composición y cuantificación de ácidos grasos en las estructuras de los lipopéptidos sintetizados por Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1 y observar el efecto de los lipopéptidos sobre el crecimiento micelial de Fusarium oxysporum MG557870 y Sclerotium rolfsii OM510466.

Materiales y Métodos.

El perfil lipídico del extracto con lipopéptidos sintetizados por B. amyloliquefaciens KX953161.1 se realizó mediante cromatografía de gases con detector de ionización de llama (GC-FID), la cuantificación de los ácidos grasos detectados se realizó mediante el método de estandarización de áreas y para la determinación de grasa se realizó con el método de 920.39 AOAC. Además, se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM) para observar el efecto inhibitorio de los lipopéptidos sobre el crecimiento micelial de F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466. Los datos obtenidos (determinación de ácidos grasos y CMI) fueron analizados mediante análisis de varianza (ANOVA), y la comparación de medias se realizó con la prueba de Tukey (p≤0.05).

Resultados.

Se observó una variabilidad de ácidos grasos C13 al C18 β-hidroxilados. El ácido graso C14 β-hidroxilado (tetradecanoico), obtuvo mayor contenido con 8.254±0.031 ng mg-1 de muestra, seguido los ácidos grasos C13 β-hidroxilado (tridecanoico) y C16 (palmítico) con 4.304±0.064 y 4.100±0.120 ng mg-1, respectivamente. La concentración mínima inhibitoria (CMI) de los lipopéptidos sobre F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466 fue de 20 y 15 µg mL-1. El daño en células fúngicas se presentó en su estructura y morfología.

Conclusión.

La síntesis de lipopéptidos por B. amyloliquefaciens KX953161.1 presenta variación en la longitud de las cadenas de ácidos grasos, compuestas principalmente por ácido graso C14 (tetradecanoico). Esta variabilidad podría estar relacionada con la actividad biológica de los lipopéptidos y el ácido graso C14 (tetradecanoico) podría ser importante en su antagonismo contra hongos fitopatógenos.

Palabras clave: surfactante; β-hidroxilado; Tetradecanoico; Fusarium oxysporum; Sclerotium rolfsii

ABSTRACT

Background/Objective.

Some Bacillus species synthesize biologically active lipopeptides containing fatty acids of varying length. Fatty acid composition is key to their potential activity as surfactants. The objective was to determine the composition and quantification of fatty acids in the structures of lipopeptides synthesized by Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1 and to observe the effect of lipopeptides on the mycelial growth of Fusarium oxysporum MG557870 and Sclerotium rolfsii OM510466.

Materials and Methods.

The lipid profile of the extract with lipopeptides synthesized by

B. amyloliquefaciens KX953161.1 was performed by gas chromatography with a flame ionization detector (GC-FID). The quantification of the detected fatty acids was performed using the area standardization method, and the fat determination was carried out using the 920.39 AOAC method. In addition, scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the inhibitory effect of lipopeptides on the mycelial growth of F. oxysporum MG557870 and S. rolfsii OM510466. The data obtained (determination of fatty acids and MIC) were analyzed by analysis of variance (ANOVA), and the comparison of means was performed using the Tukey test (p≤0.05).

Results.

Variability was observed in C13 to C18 β-hydroxylated fatty acids. The C14 β- hydroxylated fatty acid (tetradecanoic acid) had the highest content, with 8.254 ± 0.031 ng mg-1 of sample, followed by the C13 β-hydroxylated fatty acids (tridecanoic acid) and C16 fatty acids (palmitic acid), with 4.304 ± 0.064 and 4.100 ± 0.120 ng mg-1, respectively. The minimum inhibitory concentration (MIC) of the lipopeptides on F. oxysporum MG557870 and S. rolfsii OM510466 was 20 and 15 µg mL-1. Damage to fungal cells was evident in their structure and morphology.

Conclusion.

Lipopeptide synthesis by B. amyloliquefaciens KX953161.1 exhibits variation in the length of the fatty acid chains, which are primarily composed of C14 (tetradecanoic) fatty acids. This variability could be related to the biological activity of the lipopeptides, and the C14 (tetradecanoic) fatty acid could be important in their antagonism against phytopathogenic fungi.

Keywords: Surfactant activity; β-hydroxylated; Tetradecanoic; Fusarium oxysporum; Sclerotium rolfsii

Introducción

La especie bacteriana Bacillus amyloliquefaciens es capaz de secretar metabolitos secundarios con actividad biológica como respuesta a los estímulos de la microbiota externa (Gimenez et al., 2021; Bai et al., 2023; Ley-López et al., 2023). Estos compuestos son fuente importante de estructuras químicas novedosas para la biotecnología y se han identificado gran número de nuevos metabolitos secundarios microbianos (Yan et al., 2020; Posa et al., 2023). Así mismo, se caracterizan por presentar propiedades surfactantes, que incluyen a los lipopéptidos cíclicos no ribosomales de las familias iturina, surfactina y fengicina (Carolin et al., 2021; Bai et al., 2023). Dichos metabolitos poseen diversas capacidades biológicas como antitumorales, propiedades hemolíticas y antimicrobianas; asociado a ésta última, sobre una variedad de microrganismos fitopatógenos (bacterias, hongos y oomycetos) causando lisis celular y filtración a través de la unión con la membrana plasmática (Zhou et al., 2020). Mecanismo principal que permite las actividades biológicas de los lipopéptidos; como es el caso de la inhibición del crecimiento micelial de Sclerotium rolfsii por los lipopéptidos sintetizados por B. subtilis (Abdel-Gayed et al., 2019; Zhao et al., 2017). La actividad antifúngica del lipopéptido fengicina sobre Fusarium oxysporum inhibe el crecimiento micelial del fitopatógeno (Nam et al., 2015) y se menciona que el lipopéptido fengicina afecta las características estructurales y morfológicas de la membrana celular (Zhao et al., 2017). Asimismo, induce apoptosis a bajas concentraciones y necrosis a altas concentraciones cuando las células fúngicas son tratadas con fengicina (Gimenez et al., 2021).

La composición estructural de los lipopéptidos consiste en un macrociclo peptídico hidrofílico variable, unido a una cadena lateral de residuo de ácido graso (Zhao et al., 2017). A su vez, estas familias de lipopéptidos presentan homólogos, estructuras similares o peso molecular idéntico que difieren en la longitud de la cadena de ácidos grasos y en la composición de aminoácidos del anillo peptídico (Biniarz et al., 2017; Ley-López et al., 2023). La biosíntesis de lipopéptidos por Bacillus spp. comienza con el ensamblaje por adición sucesiva de aminoácidos tanto proteinogénicos como no proteinogénicos por las sintetasas de péptidos no ribosomales (NRPS). Asimismo, por la unión de ácidos grasos a las NRPS en forma de acetil-CoA para ácidos grasos de cadena lineal, e isobutiril-CoA, isovaleril-CoA y metilbutiril-CoA para ácidos grasos ramificados (Chooi et al., 2010; Zhu et al., 2021). Se ha reportado que los miembros de la familia del lipopéptido surfactina, presentan una longitud en cadena de ácidos grasos de C12 a C16 (de Faria et al., 2011; Jajor et al., 2016); mientras que la familia de iturina presentan una longitud en la cadena de ácidos de C14 a C17 (Jin et al., 2020) y la familia de fengicina tienen una longitud de C14 a C18 de largo, que pueden ser saturados e insaturados (Sa et al., 2018). Existe diversidad estructural básica de lipopéptidos cíclicos bacterianos, donde el grupo carboxilo del ácido graso puede formar un enlace peptídico con un residuo de aminoácido situado en la cadena lateral de la molécula del lipopéptido (Urajová et al., 2016; Biniarz et al., 2017). Así mismo, el ácido graso se puede incorporar en la estructura del péptido mediante ciclación, frecuentemente en carbono C2 o C3 por grupos β-amino o β-hidroxi (Duitman et al., 1999; Mareš et al., 2014). Esta diversidad en la estructura del macrociclo peptídico y longitud de la fracción de los ácidos grasos de los lipopéptidos, presentan propiedades anfipáticas que tienen un papel decisivo en su modo de acción y pueden actuar como antibióticos, antiadhesivos, agentes limpiadores y espumantes, pero su acción sobre las células vivas no siempre es clara (Tomek et al., 2015; Biniarz et al., 2017). Youssef et al. (2005) observaron que la composición de ácidos grasos es fundamental para la actividad biosurfactante de los lipopéptidos, mostrando una correlación positiva significativamente entre el porcentaje de masa del ácido graso iso-3- OH-C14 y la actividad específica del lipopéptido. Por lo tanto, la composición de los ácidos grasos es importantes para las propiedades biológicas de los lipopéptidos como las familias de la surfactina, iturina y fengicina (Chooi et al., 2010; Yan et al., 2020). Bai et al. (2023) analizaron lipopéptidos con GC-MS y describieron las principales diferencias entre los homólogos de lipopéptidos, que surgen de la longitud de la cadena de ácidos grasos y los aminoácidos en la cadena peptídica. Así mismo, Qian et al. (2020) reportaron que los homólogos de bacilomicina D con ácidos grasos de C14 y C15 presentaban actividad antifúngica; en ambos trabajos obtuvieron mayor contenido de masa de ácidos grasos con longitud de carbono C14 y C15. Sin embargo, todavía se reportan nuevos tipos estructurales de la composición de lipopéptidos, que destacan su rica diversidad química y su variabilidad en la longitud de la cadena de ácidos grasos.

Recientemente, en la cepa bacteriana Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1 con actividad oomycida sobre Phytophthora capsici (Ley-López et al., 2018), se identificaron diversos homólogos en las familias de lipopéptidos (fengicina, surfactina y bacilomicina) con diferencias en el peso molecular, debido a la presencia de cadenas de ácidos grasos con longitudes variables; sin embargo, se desconoce el perfil lipídico del extracto de lipopéptidos sintetizados por esta bacteria; así como, la cuantificación de los ácidos grasos que se detecten (Ley-López et al., 2023). Por lo anterior, se ha puesto interés en la composición de los ácidos grasos en la estructura de lipopéptidos que produce esta bacteria. El objetivo de este estudio fue determinar la composición y cuantificación de los ácidos grasos en las estructuras de los lipopéptidos sintetizados por la bacteria B. amyloliquefaciens KX953161.1, mediante cromatografía de gases con detector de llama (CG-FID) y determinar el efecto de los lipopéptidos producidos por la bacteria en estudio sobre la morfología microscópica del micelio de F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466.

Materiales y Métodos

Material biológico. Las cepas evaluadas (bacteria y hongos) para este estudio, fueron proporcionadas por la colección de cepas del Laboratorio de Fitopatología del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, Unidad Culiacán, México. B. amyloliquefaciens B17 (KX953161.1) aislada de la rizósfera de plantas de tomate, se reactivó en agar nutritivo (AN) a 27 °C. F. oxysporum MG557870 (Isaac et al., 2018) y

S. rolfsii OM510466 (García-León et al., 2022) fueron aislados de raíces en cultivos de hortalizas (tomate y chile). Ambos microorganismos fueron identificados con base en características morfológicas, utilizando claves taxonómicas específicas, y previamente se les realizaron pruebas de patogenicidad. Se reactivaron en agar papa dextrosa (PDA) por 10 d a 28-30 °C. Los medios de cultivo para crecimiento de los microrganismos fueron adquiridos por Sigma-Aldrich®, USA.

Producción de lipopéptidos. Para la síntesis de lipopéptidos de la bacteria B. amyloliquefaciens KX953161.1, se utilizó el inóculo de bacteria en 50 mL del medio de cultivo líquido Luria-Bertani (LB) (peptona de caseína 10.0 g L-1, extracto de lavadura 5.0 g L-1, y cloruro sódico 10.0 g L-1 con pH 7.0). Se incubó a 30±1 °C en un agitador orbital a 150 rpm/18-20 h alcanzando una concentración de células bacterianas de 3x108 UFC, de acuerdo con la escala de McFarland. El segundo medio de cultivo consistió, en 500 mL de medio Landy (glucosa 20 g L-1, ácido L-glutámico 5 g L-1, extracto de levadura 1 g L-1, K2HPO4 1 g L-1, MgSO4 0.5 g L-1, KCl 0.5 g L-1, CuSO4 1.6 mg L-1, Fe2 (SO4)3

0.4 mg L-1, MnSO4 1.2 mg L-1) con pH inicial de 7.0 (Landy et al., 1948). Ambos medios

de cultivo, se esterilizaron a 121 °C durante 15 min. Posteriormente, se transfirieron 30 mL del inóculo bacteriano al medio Landy y se incubó durante 6 d a 30±1 °C con agitación a 180 rpm.

La extracción de células bacterianas fue bajo centrifugación (HERMLE® Z 36 HK, Alemania) a 10,000 rpm por 12 min a 4 °C. La extracción de los lipopéptidos se realizó por el método de precipitación ácida del sobrenadante (Unás et al., 2018). El sobrenadante sin células bacterianas se acidificó con la adición de HCl 6N, hasta obtener pH=2.0, se incubó por 24 h a 4 °C, y para obtener el pellet con los lipopéptidos se centrifugó a 12,000 rpm durante 20 min a 4 °C, por último, se liofilizó y se preservó hasta su uso (FreeZone Triad Benchtop Freeze Dryer, LABCONCO®, USA).

Análisis de ácidos grasos por CG-FID. El proceso implica la fragmentación hidrolítica del enlace entre la parte peptídica/proteica y las porciones de lípidos. Por lo que, a las cadenas de ácidos grasos resultantes se les realizó una derivatización a ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) y su posterior análisis por GC-FID. Para la derivatización se utilizó el Kit de extracción MAK174 (Sigma®), siguiendo los protocolos de Smyth et al. (2014). En el análisis de la parte lipídica del material, se utilizó 25 mg del material purificado y liofilizado, que fue lavado con hexano para eliminar los ácidos grasos libres presentes, el producto obtenido se colectó en un vial de vidrio ámbar para su posterior análisis por cromatografía de gases.

Se acopló un cromatógrafo de gases Agilent 7890B a un detector de ionización de llama (DIF). Las muestras se inyectaron utilizando un muestreador automático Agilent GC Sampler 80 con puertos de inyección split/splitless con una columna capilar VF-5ms de 30 m x 0.25 mm x 0.25 µm, bajo las condiciones que se muestran en el Cuadro 1. La temperatura del inyector fue de 250 °C, el gas portador fue helio con un flujo de 1.0 µL min-1, modo Pulsed Splitless. Para determinar el posible compuesto detectado, se realizó una comparación espectral en la biblioteca NIST (NIST 2011b Mass Spectral Library using NIST MS Search Rev. 2011b or the Probability Based Matching (PBM) Search Format as a part of Agilent Thecnologies MS WorkStation Software Version 7.0).

Cuadro 1 Condiciones de inyección por Cromatografía de Gases (CG). 

Etapa Temperatura Velocidad (°C/min) Duración (min) Total (min)
Inicial 70 - 5 5
1 180 20 6 15
2 230 15 5 30.5
3 300 10 3 40

Cuantificación de ácidos grasos. La cuantificación de los ácidos grasos detectados se realizó mediante el método de estandarización de áreas; esto se realizó directamente a partir de la corrida cromatográfica de la muestra, se obtiene de la sumatoria de las áreas de todos los picos eluidos en la corrida de muestra. El total representa el 100 % del área de cada pico identificado como ácidos grasos. La determinación de grasa se realizó por el método de 920.39 AOAC, este parámetro se obtuvo con 3 g de lipopéptidos liofilizados en un dedal de extracción Golsfish (LABCONCO®, USA). La extracción se realizó con éter de petróleo anhidro durante 4 h. El extracto obtenido con los solventes se evaporó a sequedad en una estufa a 105 °C. Finalmente, el cálculo de grasa se realizó mediante la siguiente ecuación.

%EE=Pe x 100Pm

%EE= Porcentaje de extracto etéreo.

Pe= Peso de extracto (peso del vaso seco al final de la extracción y el peso constante de éste previo a la extracción).

Pm= Peso de la muestra.

Actividad inhibitoria por extracto con lipopéptidos. La concentración mínima inhibitoria (CMI) del extracto con los lipopéptidos sintetizados por B. amyloliquefaciens KX953161.1 sobre F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466 se determinó mediante el método de difusión en placas. Esto consistió en colocar discos de 6 mm de diámetro conteniendo micelio de los hongos, en el centro de una caja Petri con PDA y colocando discos de papel Whatman de 6 mm de diámetro, impregnados con las concentraciones de 5, 10, 15, 20, 25, 30 y 40 µg mL-1 de lipopéptidos, incubadas a 26±1

°C por 6 d. La CMI se determinó visualmente en función de la concentración mínima de solución de muestra necesaria para garantizar que no se observara crecimiento de hongos. Todos los análisis se realizaron por triplicado. La CMI se consideró para las muestras de observación ultraestructural de los hongos por microscopía electrónica de barrido (MEB).

Análisis ultraestructural por MEB. Para la observación estructural de los hongos mediante el análisis MEB, se tomaron esporas e hifas de F. oxysporum MG557870 y micelio de S. rolfsii OM510466 con 6 y 3 d de crecimiento respectivamente. Se colocaron en tubos Eppendorf de 2 mL y se adicionó la suspensión de lipopéptidos con la concentración obtenida del ensayo de CMI para cada hongo, se dejaron reposar por 10 min. Posteriormente, se fijaron en glutaraldehído al 2.5 % (preparado en buffer fosfato de sodio 0.1 M) a 4 °C por 24 h, luego se enjuagaron tres veces con buffer fosfato (0.02 M) y posteriormente se fijaron con tetraóxido de osmio al 2 % durante 2 h a 20 ºC. El deshidratado se efectuó con una serie ascendente gradual de concentraciones de etanol (30, 50, 75 y 95 %) durante 10 minutos c/u, secando con CO2 y se recubrieron por pulverización catódica con oro paladio en un aparato de recubrimiento por pulverización catódica Nanotech (ES-2030 HITACHI®, Japón). Las muestras se mantuvieron en un desecador hasta el examen con un electrón de barrido usando un microscopio (Philips, SEM-505, Holanda) operado a 30 kV.

Análisis estadístico. Los datos obtenidos de la determinación de ácidos grasos y CMI fueron analizados mediante análisis de varianza (ANOVA), y la comparación de medias se realizó con la prueba de Tukey (p≤0.05) con el software Minitab 19.

Resultados

Análisis de CG-FID. Los ácidos grasos presentes en los lipopéptidos sintetizados por la bacteria B. amyloliquefaciens KX953161.1 fueron analizados después de la derivatización mediante CG-FID. El cromatograma obtenido muestra 10 picos principales con tiempo de retención de 12.82, 13.30, 14.58, 15.04, 16.43, 17.13, 18.25, 19.49, 19.97

y 21.33 min, cada uno de ellos corresponde a los ácidos grasos detectados (Figura 1). Se detectaron ácidos grasos β-hidroxilados C13 a C18 y se identificaron ácidos grasos mirístico C14 y palmítico C16 (Cuadro 2). En el análisis del contenido total de cada ácido graso identificado se observó que el ácido graso β-hidroxilado C14 (tetradecanoico) (Figura 2) obtuvo mayor contenido con 8.254±0.031 ng mg-1 de muestra, seguido los ácidos grasos β-hidroxilado C13 (tridecanoico) y C16 (palmítico) con 4.304±0.064 y 4.100±0.120 ng mg-1, respectivamente (Cuadro 2).

Figura 1 Cromatograma del perfil lipídico de los lipopéptidos sintetizados por Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1, analizados por CG-MS. 

Cuadro 2 Perfil de ácidos grasos de los lipopéptidos biosintetizados por Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1, identificados por CG-MS. 

Compuesto Tiempo de retención Carbono Total (%) ng mg-1 de muestra
1 12.827 3-OH-C13 14.348 4.304±0.064 b*
2 13.306 C14 (Mirístico) 4.158 1.247±0.138 d
3 14.588 3-OH-C14 27.516 8.254±0.031 a
4 15.048 C15 1.042 0.312±0.056 ef
5 16.434 3-OH-C15 12.482 3.744±0.088 c
6 17.135 C16 (Palmítico) 13.667 4.100±0.120 b
7 18.256 3-OH-C16 12.118 3.635±0.089 c
8 19.499 3-OH-C17 0.914 0.274±0.071 f
9 19.974 C18 1.788 0.536±0.033 e
10 21.330 3-OH-C18 0.140 0.042±0.024 g

*En la columna, letras diferentes indican diferencias significativas entre las muestras de acuerdo a la prueba de Tukey ( p≤0.05).

Figura 2 Espectro de masas del ácido graso C14 (Tetradecanoico) del extracto con lipopéptidos sintetizado por B. amyloliquefaciens KX953161.1. 

Actividad inhibitoria y observación ultraestructural de los hongos. En el análisis CMI para el efecto antifúngico con los lipopéptidos sintetizados por B. amyloliquefaciens KX953161.1, se observó con la concentración mínima de 20 µg mL-1 de lipopéptidos un halo inhibitorio de 0.95 mm en el crecimiento micelial de F. oxysporum MG557870 y para S. rolfsii OM510466 con 15 µg mL-1 de lipopéptidos, mostró un halo inhibitorio de

1.5 mm (Cuadro 3).

Cuadro 3 Efecto antifúngico de los lipopéptidos sintetizados por B. amyloliquefaciens KX953161.1 con la CMI sobre el crecimiento micelial de F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466. 

Concentración de lipopéptidos (µg mL-1) Inhibición del crecimiento micelial (mm)
F. oxysporum MG557870 S. rolfsii OM510466
C/1z 0 by 0 e
5 0 b 0 e
10 0 b 0 e
15 0 b 1.50±0.13 d
20 0.95±0.06 a 1.60±0.15 c
25 1.03±0.09 a 2.00±0.08 b
30 1.26±0.15 a 2.20±0.08 b
40 1.08±0.15 a 2.52±0.09 a

yLetras diferentes, indican diferencias significativas de acuerdo con la prueba de Tukey (p≥0.05).

zControl (libre de lipopéptidos).

Las concentraciones mínimas de inhibición con lipopéptidos de 15 y 20 µg mL-1 sobre

S. rolfsii OM510466 y F. oxysporum MG557870 respectivamente, se utilizaron para el análisis de observación MEB de esporas y micelio de los hongos asociados a enfermedades, esto para tratar de comprender el mecanismo de acción de los lipopéptidos. Se observó que las hifas de F. oxysporum MG557870 no tratados con lipopéptidos, presentaban las superficies lisas, sin daño y sin roturas (Figura 3B). En las esporas, se observó un crecimiento y germinación normal, con la superficie relativamente lisa (Figura 3D). Mientras que, en las hifas tratadas con lipopéptidos, se observó deformación, roturas y arrugamiento en la superficie (Figura 3A), en las esporas se observó que la mayoría no lograron germinar con éxito; algunas que lograron germinar eran anormales y deformes, con torceduras, distorsionadas y encogidas (Figura 3C). En el micelio de S. rolfsii OM510466 sin tratamiento, se observó un patrón similar que en F. oxysporum

MG557870, sin perturbación en la superficie y desarrollo normal (Figura 4B y D); mientras que, el micelio tratado con lipopéptidos, se observó la formación de poros en la superficie celular del hongo que propiciaron su rotura, deformación y textura rugosa (Figura 4A y C).

Figura 3 Micrografías (MEB) de esporas e hifas de Fusarium oxysporum MG557870 después del tratamiento con lipopéptidos sintetizados por Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1. A y C: esporas e hifas tratadas con lipopéptidos (1,500x, bar= 10 µm y 10,000x, bar= 1 µm, respectivamente); B y D: esporas e hifas sin lipopéptidos (1,500x, bar= 10 µm y 10,000x, bar= 1 µm, respectivamente). 

Figura 4 Micrografías (MEB) de micelio de Sclerotium rolfsii OM510466 después del tratamiento con lipopéptidos sintetizados por Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1. A y C: micelio tratado con lipopéptidos (1,500x, bar= 10 µm y 5,000x, bar= 5 µm, respectivamente); B y D: micelio sin lipopéptidos (1,500x, bar= 10 µm y 5,000x, bar= 5 µm, respectivamente). 

Discusión

Algunas especies del género Bacillus son productoras de una variedad de compuestos antimicrobianos, como B. subtilis y B. amyloliquefaciens productoras de varias familias de lipopéptidos (bacilomicina, fengicina y surfactina); así como una diversidad de homólogos de estas familias (Carolin et al., 2021; Qian et al., 2020; Ley-López et al., 2023).

Los lipopéptidos microbianos son una clase de moléculas con una composición estructural, que consiste en un macrociclo peptídico hidrofílico variable, unido a una cadena lateral de residuo de ácido graso (Zhao et al., 2017). Estos lipopéptidos tienen la capacidad de reducir la tensión superficial e interfacial de las biopelículas; además pueden eventualmente alterar la estructura de la membrana, reportado como el principal mecanismo de los lipopéptidos, que permite las actividades biológicas (Zhao et al., 2017). Muchas de estas moléculas con propiedades activas de membrana juegan un papel importante por formar poros en la membrana, causando fugas del citoplasma hacia el exterior celular (Liu et al., 2010), la formación de canales iónicos, la acción como

transportador de cationes (Sheppard et al., 1991) y efecto de tipo detergente (Heerklotz y Seelig, 2007), que pueden conducir a efectos citotóxicos en las estructuras vegetativas y reproductivas de los hongos competidores. El lipopéptido surfactina presenta efectos de actividad superficial, se inserta en las bicapas lipídicas, solubiliza la fase fluida de fosfolípidos, cationes quelatos monovalentes y divalentes, y modifica la permeabilidad de la membrana mediante la formación de canales o la solubilización de la membrana, mediante un mecanismo similar al de un detergente (Deleu et al., 2013). Este lipopéptido puede formar canales independientes del voltaje en biopelículas y alterar la integridad de la membrana y la permeabilidad de los iones, incluidos Ca2+ y K+, lo que puede conducir a la rotura de la membrana (Inès y Dhouha 2015; Ostroumova et al., 2010). El lipopéptido bacilomicina L presenta una fuerte actividad antifúngica y se cree que causa la rotura de la membrana, esta actividad antifúngica está relacionada con su interacción con dianas intracelulares (Zhang et al., 2013). Así mismo, se ha reportado que fengicina afecta las características estructurales y morfológicas de las membranas biológicas y en concentraciones altas puede desintegrar completamente la capa de lípidos (Deleu et al., 2005).

En esta investigación, se identificaron diferentes ácidos grasos β-hidroxilado, con diferentes longitudes de cadena C13 a C18 (Cuadro 2), los cuales pueden estar unidos a los lipopéptidos cíclicos, que en estudios anteriores se identificaron como homólogos de las familias de lipopéptidos fengicina, surfactina y bacilomicina sintetizados por esta bacteria (Ley-López et al., 2023). Esta diversidad en la longitud de la cadena de ácidos grasos proporciona la forma y composición de isómeros de lipopéptidos. La variación de posición de los grupos funcionales en pequeñas moléculas orgánicas es responsable de la actividad biológica (Routhu et al., 2021). El perfil lipídico de los lipopéptidos sintetizados por B. subtilis y B. mojavensis reportado por Yousset et al. (2005) mostró variabilidad en la cadena de ácidos grasos C13 a C16, que estaban presentes como mezclas de isómeros y Bai et al. (2023) reportaron que la síntesis de ácidos grasos por B. amyloliquefaciens abarcó la cadena de ácidos grasos de C14 a C18. Además, mencionan que, en algunos casos los ácidos grasos 3-OH-C14 (tetradecanoico) y 3-OH-C15 (pentadecanoico), juntos constituyen la mayoría de los ácidos grasos de lipopéptidos. Así, para algunas especies de Bacillus, el ácido graso tetradecanoico ha sido el principal isómero (Qian et al., 2020: Besson et al., 1992; Youssef et al., 2005). Adicionalmente, se demostró que existe una relación positiva entre el porcentaje de contenido del ácido graso tetradecanoico y la actividad surfactante específica y plantearon que el ácido graso par ramificado (en este caso, iso-C14) podría dar el equilibrio hidrofílico-lipofílico óptimo requerido para una actividad superficial óptima (Youssef et al., 2005). Besson et al. (1992) reportaron por primera vez el ácido graso β-hidroxilado tetradecanoico, como constituyente presente en un lipopéptido surfactante, sintetizada por Bacillus subtilis y que los porcentajes de ácidos grasos β-hidroxilado varían de acuerdo con la cepa productora de antibióticos y pueden ser influenciados por la adición de aminoácidos en el medio de cultivo en crecimiento de la bacteria productora. También se ha reportado que bajo presión (presencia de organismos competidores) la bacteria B. subtilis aumenta la producción de lipopéptidos, con una potente actividad antimicrobiana (fúngicas y bacterianas); además, confirmaron una acumulación sustancial de ácidos grasos en respuesta a la presión elevada (Kumar et al., 2020; Ley-López et al., 2023). Por lo anterior, se debe realizar una inducción adecuada con aminoácidos y producir en mayor cantidad el ácido graso β-hidroxilado tetradecanoico en el lipopéptido y purificar este compuesto para realizar estudios específicos de actividad biológica.

De acuerdo con Youssef et al. (2005) y los resultados obtenidos en este estudio, donde se observó mayor contenido del ácido graso β-hidroxilado tetradecanoico y un efecto inhibitorio sobre los hongos F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466 (Figura 3 y 4), se puede deducir, que este ácido graso componente de los lipopéptidos está relacionado en la actividad biológica del compuesto. Se ha reportado que los compuestos antifúngicos sintetizados por bacterias del género Bacillus causan daños en la estructura y morfología de las células de F. oxysporum, S. rolfsii y Aspergillus (Xu et al., 2020; Abdel-Gayed et al., 2019; Gong et al., 2014). Además, el número de átomos de carbono en la cadena de ácidos grasos es otro factor importante que determina la capacidad biológica de algunos lipopéptidos, al incrementar la hidrofobicidad de los ácidos grasos aumenta la capacidad biológica (de Faria et al., 2011). Los resultados de este trabajo indican que la composición y variación en la longitud de la cadena de ácidos grasos β- hidroxilado de los biosurfactantes lipopéptidos es importante para su actividad antifúngica.

En estudios posteriores relacionados con la actividad biológica, se sugiere realizar una purificación del ácido graso C14 con el lipopéptido; además, inducir a la bacteria para que produzca los ácidos grasos específicos, y potenciar el efecto biológico de los lipopéptidos.

Conclusiones

En el perfil lipídico de la muestra con lipopéptidos sintetizados por la bacteria Bacillus amyloliquefaciens KX953161.1, existe variación en la longitud de la cadena de ácidos grasos desde C13 a C18 β-hidroxilados. Estos ácidos grasos presentes en los lipopéptidos se componen principalmente del ácido graso β-hidroxilado C14 (tetradecanoico) con 27.5

% del total de ácidos grasos presentes, el cual aumenta su probabilidad con la actividad biológica del lipopéptido. Estos compuestos sintetizados por B. amyloliquefaciens KX953161.1 demostraron un efecto antifúngico sobre F. oxysporum MG557870 y S. rolfsii OM510466. El efecto de los lipopéptidos fue a través de observación ultraestrutural en la pared celular de los hongos, que mostraron daños en la estructura y morfología de las células fúngicas.

Limitaciones

Una limitante para dar seguimiento a este estudio es la inducción para aumentar la síntesis de lipopéptidos con mayor cantidad de ácidos grasos, principalmente β- hidroxilado C14 (tetradecanoico) y realizar pruebas de efectividad biológica.

Conflicto de interés

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Contribución de los autores

“Conception, N.L.-L. and R.S.G.-E.; conceptualization, C.S.M.-H. and R.M.-L.; methodology, N.L.-L., J.B.H. and R.S.G.-E; software, N.L.-L., C.S.M.-H. and I.C.-L; validation, N.L.-L., R.S.G.-E., J.B.H. and R.M.-L.; formal analysis, N.L.-L., R.S.G.-E., J.B.H. and I.M.-Z.; investigation, N.L.-L., R.S.G.-E. and J.B.H.; resources, N.L.-L., R.S.G.-E., and I.M.-Z.; data curation, N.L.-L., R.S.G.-E., J.B.H. and R.M.-L.; writing-original draft preparation, N.L.-L., R.S.G.-E. and J.B.H.; writing-review and editing, N.L.-L., R.S.G.-E. and J.B.H.; visualization, N.L.-L. and R.S.G.-E.; supervision, N.L.-L., R.S.G.-E. and J.B.H.; project administration, N.L.-L. and R.S.G.-E.; funding acquisition, N.L.-L. and R.S.G.-E. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.”

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Recibido: 14 de Marzo de 2025; Aprobado: 10 de Julio de 2025

Autor de Correspondencia: Raymundo Saúl García-Estrada, rsgarcia@ciad.mx

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