A simple and accurate method for specific quantification of biomass in mixed cultures of filamentous fungi by quantitative PCR / Un método simple y preciso para la cuantificación específica de biomasa en cultivos mixtos de hongos filamentosos por PCR cuantitativa

Abstract Production of lignocellulolytic enzymes by filamentous fungi have a great potential at industrial level due to their widespread applications. Mixed fungal cultures and particularly mixed fungal biofilms constitute a promising fermentation system for an enhanced enzyme production. However, it has not been addressed how much of this enhancement depends on the mixed biomass proportion. In this sense, the aim of this study was to develop a method to specifically and accurately quantify mixed fungal biomass. For this purpose, mixed biofilm cultures composed of Aspergillus niger and Trichoderma reesei, two filamentous fungi used industrially for cellulase production, were collected from 48 to 120 h of growth; mycelia were pulverized, and DNA was extracted for qPCR assays with specific primers for each fungus. Primers were designed from non-conserved regions of sequences of actin and β-tubulin genes of both A. niger and T. reesei. Specificity of these primers was tested in silico and experimentally. A statistically significant correlation was obtained between qPCR-calculated biomass and dry weight biomass data. By this method, it was possible to detect changes on mycelia proportions in biofilms over time, suggesting a competitive interaction between these two fungi. In conclusion, this method allows a specific and accurate quantification of mixed fungal biomass and could be also applied to different mixed culture systems for studying microbial interactions.

Resumen La producción de enzimas lignocelulolíticas por hongos filamentosos tiene un gran potencial a nivel industrial debido a sus diversas aplicaciones. Los cultivos fúngicos mixtos y particularmente las biopelículas fúngicas mixtas constituyen un sistema de fermentación prometedor para una mayor producción enzimática. Sin embargo, no se ha abordado cuánto de esta mejora depende de la proporción de biomasa mixta. En este sentido, el objetivo de este estudio fue desarrollar un método para cuantificar de forma específica y precisa la biomasa fúngica mixta. Para este propósito, se recolectaron cultivos mixtos de biopelículas de 48 a 120 h de crecimiento compuestos por Aspergillus niger y Trichoderma reesei, dos hongos filamentosos utilizados industrialmente para la producción de celulasas; el micelio se pulverizó y el ADN se extrajo para ensayos de qPCR con cebadores específicos para cada hongo. Los cebadores se diseñaron a partir de regiones no conservadas de las secuencias de los genes de actina y β-tubulina de A. niger y T. reesei. La especificidad de estos cebadores se probó in silico y experimentalmente. Se obtuvo una correlación estadísticamente significativa entre la biomasa calculada mediante qPCR y los datos de biomasa en peso seco. Mediante este método, fue posible detectar cambios en las proporciones de los micelios en las biopelículas a lo largo del tiempo, lo que sugiere una interacción competitiva entre estos dos hongos. En conclusión, este método permite una cuantificación específica y precisa de la biomasa fúngica mixta y también podría aplicarse a diferentes sistemas de cultivo mixto para estudiar interacciones microbianas.

Comportamiento de una cepa salvaje de Saccharomyces cerevisiae killer y su isogénica sensible respecto de diferentes fuentes de nitrógeno en cultivos mixtos / Behaviour of a wild Saccharomyces cerevisiae killer yeast and its isogenic sensitive one with respect to different nitrogen sources in mixed cultures

La composición química del vino constituye el fundamento de la posterior respuesta sensorial del producto y está determinada por varios factores, como las relaciones levadura-levadura. Se denomina fenómeno killer a la secreción por parte de ciertas cepas de levadura de una proteína tóxica que mata a células denominadas sensibles. El conocimiento del comportamiento en condición aeróbica de cultivos mixtos killer-sensible es útil para relacionarlo con la primera fase de la fermentación enológica, ya que en ella puede definirse la prevalencia o no de la cepa killer. Además, el empleo de mutantes con el plásmido curado permite comparaciones más precisas. El objetivo fue analizar el mecanismo de competencia por sustrato en levaduras killer de Saccharomyces cerevisiae y su mutante sensible con el plásmido curado, empleando distintas fuentes de nitrógeno. Si las muestras se incuban a temperatura de inactivación de la toxina, se evita la infraestimación de células sensibles. Los resultados del co-cultivo de las cepas en proporciones iguales muestran el rol desempeñado por la fuente de nitrógeno en la actividad killer. Cuando el inóculo es 10%K-90%S, el modelo de exclusión competitiva planteado para levaduras killer deja paso a otras variables de competencia.

Wine chemical composition is the outcome of complex chemosensory interactions that are difficult to predict because of the influences of many variables, like as yeast-yeast interactions. Killer phenomenon implicates the secretion of a toxic protein by some yeasts, that kill other yeasts called sensitive. The knowledge of the behaviour of killer-sensitive mixed cultures in aerobic conditions is useful to be related with the first stages of oenological fermentation. In these stages it can be defined the killer prevalence in the medium. Also, the use of cured plasmid mutants allows better comparisons. The objective was to analyse the mechanism of substrate competition in Saccharomyces cerevisiae killer strains and its sensitive cured plasmid mutant, using different nitrogen sources. When samples were incubated at the toxin inactivation temperature, the infraestimation of sensitive cells is avoided. Results obtained in co-cultures (50%K-50%S) show the role of the nitrogen source in killer activity. Results obtained with 10%K-90%S inoculum, show that there are another competence variables than the competitive exclusion model for killer yeasts.

An approach to improve methanogenesis through the use of mixed cultures isolated from biogas digester.

Biogas production has been shown to be inhibited by branched chain fatty acids (isobutyric, isovaleric) produced in the digester by cellulolytic organisms. Performance of these mixed cellulolytic cultures isolated at 25°C (C25) and at 35° (C35) in a batch digester using cattle manure confirmed that C35, which forms mainly straight chain fatty acids from cellulose was more suitable for use as an inoculum than C 25 which formed predominantly branched chain fatty acids. Reconstitution of cellulolytic culture C35 and mixed methanogens M35 almost doubled both the amount and rate of methane production. Cellulolytic culture was useful in pretreatment of water hyacinth prior to its use as a substrate for methane generation. A method for preservation and transportation of mixed cellulolytic culture for use as an bineodc. ulum in the digester is described.