Trovato nelle comunità microbiche di tutto il mondo, I funghi Aspergillus sono patogeni, decompositori, e importanti fonti di enzimi biotecnologicamente importanti. È noto che ciascuna specie di Aspergillus contiene più di 250 enzimi attivi carboidrati (CAzymes), che abbattono le pareti cellulari delle piante e sono di interesse per i ricercatori del Dipartimento dell'Energia (DOE) che lavorano sulla produzione industriale di combustibili alternativi sostenibili utilizzando colture bioenergetiche candidate. Inoltre, si pensa che ogni specie fungina contenga più di 40 metaboliti secondari, piccole molecole con il potenziale di agire come biocarburante e intermedi chimici.

In uno studio pubblicato la settimana dell'8 gennaio, 2018 nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , un team guidato da ricercatori della Technical University of Denmark (DTU), il DOE Joint Genome Institute (JGI), una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE, e il Joint BioEnergy Institute (JBEI) del DOE, guidato dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), riportare i primi risultati di un piano a lungo termine da sequenziare, annotare e analizzare i genomi di 300 funghi Aspergillus. Questi risultati sono una prova del concetto di nuovi metodi per annotare funzionalmente i genomi al fine di identificare più rapidamente i geni di interesse.

"Questo è il primo risultato del sequenziamento su larga scala di oltre 300 specie di Aspergillus, " ha detto il coautore dello studio Igor Grigoriev, capo del JGI Fungal Genomics Program. "Con lo spostamento strategico del JGI verso la genomica funzionale, questo studio illustra diversi nuovi approcci per l'annotazione funzionale dei geni. Molti approcci si basano su esperimenti e passano gene per gene attraverso i singoli genomi. Usando Aspergillus, stiamo sequenziando molti genomi strettamente correlati per evidenziare e confrontare le differenze tra i genomi. Un'analisi comparativa di specie strettamente correlate con profili metabolici distinti può risultare in un numero relativamente piccolo di cluster di geni del metabolismo secondario specie-specifici da mappare su un numero relativamente piccolo di metaboliti unici".

Diversità delle specie, Diversità chimica

Nello studio, il team ha sequenziato e annotato 6 specie di Aspergillus; 4 sono stati sequenziati utilizzando la piattaforma Pacific Biosciences, producendo assemblaggi genomici di altissima qualità che possono servire come ceppi di riferimento per future analisi genomiche comparative. È stata quindi condotta un'analisi comparativa che coinvolge questi genomi e altri genomi di Aspergillus, molti dei quali sono stati sequenziati dal JGI, e ha permesso al team di identificare cluster di geni biosintetici per i metaboliti secondari di interesse.

"Una delle cose che abbiamo trovato interessante qui è stata la diversità delle specie che abbiamo osservato:ne abbiamo scelte quattro che erano lontanamente imparentate, ", ha affermato l'autore senior dello studio Mikael R. Andersen, Professore presso DTU. "Con quella diversità viene anche la diversità chimica, quindi siamo stati in grado di trovare geni candidati per alcuni tipi molto diversi di composti. Questo si basava su un nuovo metodo di analisi sviluppato dalla prima autrice Inge Kjaerboelling. Inoltre, abbiamo anche mostrato come solidificare dette previsioni per un dato composto sequenziando ulteriori genomi di specie note per produrre il composto. Cercando i geni presenti in tutte le specie produttrici, possiamo individuare con eleganza i geni."

Il coautore dello studio Scott Baker, un ricercatore fungino presso il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, un DOE Office of Science User Facility situato presso il Pacific Northwest National Laboratory, e un membro della Divisione Decostruzione di JBEI, ha spiegato perché è importante trovare geni candidati per diversi composti. "I metaboliti secondari sono importanti perché rappresentano una chimica così interessante e nuova per quanto riguarda la biosintesi di molecole che potrebbero essere biocarburanti, precursori di biocarburanti o bioprodotti, " ha detto. "Mentre è uno sforzo significativo per determinare le strutture dei metaboliti secondari purificati, è spesso relativamente semplice. Però, collegare queste molecole ai loro percorsi biosintetici può essere piuttosto impegnativo. Mostriamo che l'uso della genomica comparativa può portare in modo efficiente a previsioni ragionevoli di cluster di geni coinvolti nelle vie biosintetiche".

Aspergillus in Mycocosm

Grigoriev ha aggiunto che fino ad oggi, sono stati pubblicati circa 30 genomi di Aspergillus, altri 25 genomi sono disponibili pubblicamente dal portale JGI dei genomi fungini Mycocosm (genome.jgi.doe.gov/Aspergillus), e oltre 100 genomi vengono sequenziati e analizzati.

Mentre il JGI continua a realizzare il suo piano strategico di evolversi in una struttura per l'utente più capace di genomica funzionale, integrando la sequenza genomica, espressione, analisi computazionali e metaboliche, e informazioni biochimiche in un quadro più completo della biologia rilevante per le missioni DOE, sforzi interdisciplinari e interdisciplinari come questo diventeranno ancora più importanti. Caratterizzando l'identità e i ruoli dei metaboliti secondari, e i geni necessari per la loro generazione, è fondamentale per questo sforzo e può fornire potenziali strumenti per migliorare la capacità di trasformare la biomassa recalcitrante in precursori per biocarburanti e bioprodotti.