Biotransformación de los sustratos Timol y Carvacrol mediante el hongo fitopatógeno Colletotrichum acutatum

Abstract

Resumen: los hongos fitopatógenos de las especies Colletotrichum acutatum y Botryodiplodia theobromae, están asociados con las enfermedades de las plantas conocidas como antracnosis y muerte negra, respectivamente. Desde el punto de vista económico, estos hongos causan pérdidas elevadas al sector agrícola, las cuales se ven incrementadas por la tendencia de los patógenos a causar daños en los frutos en el cultivo y durante los procesos de pos-cosecha. El objetivo del presente trabajo fue investigar la actividad antifúngica y el metabolismo de timol y carvacrol por C. acutatum y B. theobromae. Inicialmente, se evaluó la toxicidad de cada uno los compuestos sobre los microorganismos, empleando el método del “agar envenenado”. A partir de las curvas de toxicidad, se demostró que ambos compuestos ejercen un control relativamente bueno contra los hongos fitopatógenos; el crecimiento micelial de C. acutatum y B. theobromae se inhibió significativamente a concentraciones mayores de 75 μg/mL para carvacrol y 50 μg/mL para timol, respectivamente. Tomando en cuenta la toxicidad de los compuestos hacia los hongos, se seleccionaron para la biotransformación las concentraciones de timol y carvacrol de 80 y 125 μg/mL respectivamente, las cuales inhibieron casi entre un 50 y 60 %. Los resultados de la biotransformación muestran que el timol y carvacrol fueron metabolizados en baja proporción a varios compuestos, incluyendo timoquinona, timohidroquinona, timil- y carvacril acetato, timil- y carvacril metil éter, entre otros. A partir de la estructura de los productos metabólicos se propuso una posible ruta metabólica. Además, se sugiere que las modificaciones realizadas por los microorganismos afectan los requerimientos estructurales a los cuales se les responsabiliza de la actividad antimicrobiana y modo de acción del timol y el carvacrol. Por último, se prepararon algunos compuestos estructuralmente relacionados con estos monoterpenos fenólicos y se evaluó su actividad inhibitoria contra C. acutatum. Los resultados muestran que los compuestos correspondientes con los de la biotransformación, presentan un efecto fungiestático inferior al del timol y carvacrol. Este comportamiento insinúa un posible mecanismo de detoxificación del timol y carvacrol por parte de ambos microorganismos. De otro lado, los derivados bromados y nitrados de timol y carvacrol exhibieron efectos inhibitorios del crecimiento micelial de C. acutatum mayores a los encontrados para los monoterpenos aromáticos precursores. En general, la alta actividad antifúngica de timol y carvacrol contra C. acutatum y B. theobromae y los niveles de transformación microbiana bajos, indican que ambos compuestos podrían ser una alternativa a los fungicidas químicos tradicionales para el control de los hongos fitopatogénicos, en la pre- y poscosecha de frutas y vegetales. De otro lado, los metabolitos de defensa de las plantas podrían servir de plantillas estructurales interesantes para el desarrollo de nuevos agentes para el control de enfermedades en plantas importantes nutricional y comercialmente

Abstract: phytopathogenic fungi Colletotrichum acutatum and Botryodiplodia theobromae are associated with plant diseases known as Anthracnose and Black Death, respectively. From the economic point of view, these fungi cause heavy losses to agriculture. The effects of those diseases have increased because of the tendency of the pathogen to damage the fruit during post-harvest processes. The aim of this study was to investigate the antifungal activity and metabolism of thymol and carvacrol by C. acutatum and B. theobromae. Initially, the toxicity of each compound against the plant pathogens using the “poisoned agar technique” was evaluated. From toxicity curves, it was shown that both compounds have a relatively good control against pathogenic fungi. The mycelial growth of C. acutatum and B. theobromae was significantly inhibited at concentrations higher than 75 μg/mL and 50 μg/mL. Taking in account the toxicity of both compounds against fungi, thymol and carvacrol at 80 and 125 g/mL, respectively, were choice for biotransformation processes. These levels were able to inhibit between 50 and 60% of radial growth. Results from biotransformation showed that the pathogenic fungi metabolized thymol and carvacrol in low proportion to several compounds, including thymoquinone, thymohidroquinone, carvacryl- and thymyl acetate, and carvacryl- and thymyl methyl ether, among others. From structure of metabolic products, a possible biosynthetic pathway was proposed. Also, it was suggested that modifications carried out by microorganisms affect the structural requirements which were associated with the antifungal activity and action mode of thymol and carvacrol. Finally, some structurally related compounds with these phenolic monoterpenes were prepared and their activity against C. acutatum was evaluated. Results showed that, the compounds corresponding to those from biotransformation, exhibited a higher fungistatic effect in comparison to thymol and carvacrol. This behavior proposes a possible detoxification mechanism of thymol and carvacrol by both microorganisms. On the other hand, brominated and nitrated derivatives of thymol and carvacrol displayed inhibitory effects of mycelial growth of C. acutatum higher than those found by the precursor aromatic monoterpenes. Overall, the relatively high antifungal activity of thymol and carvacrol against C. acutatum and B. theobromae and the low levels of microbial transformation indicate that both compounds could be an alternative to traditional chemical fungicides for control of pre- and postharvest phytopathogenic fungi on fruits or vegetables. Moreover, plant defense metabolites could provide interesting structural templates for the development of new agents for the control of plant diseases, in nutritional and commercially important crops