Como um fungo tóxico se tornou a estrela do molho de soja?

Há quase 9.000 anos, na época em que os humanos domesticaram milho e porcos pela primeira vez, algumas pessoas na China estavam domesticando fungos. Um desses fungos, o mofo Aspergillus oryzae, mais conhecido como kōji, viria a se tornar uma estrela culinária. Através da fermentação de ingredientes crus como soja ou arroz, Aspergillus oryzae ajuda a fazer o molho de soja, saquê e vários outros alimentos tradicionais asiáticos. Ele faz isso quebrando proteínas e amidos para que outros micróbios possam terminar a fermentação.

O fungo Aspergillus oryzae ajuda a preparar diversos alimentos fermentados, incluindo saquê, molho de soja e missô.

Mas o Aspergillus oryzae nem sempre foi tão prestativo. A versão selvagem do mofo produz toxinas potentes que podem envenenar o consumidor e causar câncer no fígado e em outros órgãos. Além disso, é uma praga agrícola destrutiva que causa milhões de dólares em danos todos os anos a cultivos como amendoim e milho.

Acredita-se que o fermentador de alimentos Aspergillus oryzae (a esquerda) seja uma versão domesticada do Aspergillus flavus (a direita), que produz aflatoxinas que podem contaminar plantações, envenenar pessoas e causar câncer. As duas colônias mostradas abaixo são visualmente bastante diferentes, mas as formas desses dois bolores variam muito, tornando difícil diferenciá-los.

Aspergillus oryzae versus Aspergillus flavus.

O que mudou? A investigação revela constantemente como o fungo se transformou de um bolor perigoso e tóxico em uma ferramenta superior de biotecnologia alimentar que prospera em ambientes criados pelo homem. E à medida que os cientistas estudam o Aspergillus oryzae, aprendem mais sobre o processo de domesticação dos micróbios em geral, que ainda permanece misterioso em muitos aspectos.

- "Quase tudo o que conhecemos vem de plantas e animais", disse o genomicista microbiano John Gibbons. - "Você pode ver a diferença entre cães e lobos, entre milho e teosinto, mas não consegue realmente ver as diferenças entre os micróbios, porque a maior parte delas são mudanças no metabolismo."

O Aspergillus oryzae pertence a uma família de fungos em um grupo maior conhecido como bolores azuis e verdes. Cerca de 40% das espécies da família pertencem ao gênero Aspergillus, assim chamado porque os caules delgados e as pontas fofas de suas estruturas produtoras de esporos lembram um aspersório, o aspersor de água benta usado em algumas denominações cristãs.

O gênero tem vários membros de destaque, incluindo espécies industriais úteis que produzem produtos químicos úteis, como medicamentos ou fermentam alimentos, como faz Aspergillus oryzae.

Conhecido como mofo kōji, Aspergillus oryzae é um digestor mestre. Na primeira fase da produção do molho de soja, o Aspergillus oryzae aborda os ingredientes iniciais, normalmente soja e trigo; na produção de saquê, vai trabalhar no arroz.

As enzimas digestivas do fungo, proteases e amilases, decompõem as proteínas e os amidos em moléculas mais simples que serão posteriormente fermentadas pelas leveduras. O mofo cheira a uma mistura de cogumelo e toranja, e também um pouco azedo.

Outras espécies de Aspergillus são ameaças, entre elas o Aspergillus flavus, que produz venenos potentes chamados aflatoxinas que, quando ingeridos, são metabolizados pelo fígado em compostos que danificam o DNA e interferem no funcionamento celular.

Ele infecta uma variedade de culturas, como milho, trigo, mandioca, pimenta, amendoim, arroz, gergelim, sementes de girassol e muito mais. Pode contaminar as plantas antes e depois da colheita, quando as colheitas são armazenadas ou transportadas.

As toxinas podem até contaminar o leite de animais que comem alimentos contaminados. Apesar de várias medidas de controle, surtos esporádicos de aflatoxina envenenam e matam pessoas e animais de estimação em todo o mundo.

Os cientistas há muito reconhecem que o perigoso Aspergillus flavus e o fermentador de alimentos Aspergillus oryzae são parentes muito próximos. Os dois podem parecer idênticos em cor e textura, ou parecer muito diferentes um do outro, tornando difícil diferenciá-los. As primeiras investigações de seu DNA relataram notável semelhança, e um estudo de 1998 de um punhado de genes de cada fungo concluiu que o Aspergillus oryzae evoluiu através da domesticação do Aspergillus flavus.

Mas o Aspergillus oryzae não produz aflatoxina e tem sido usado com segurança como fermentador de alimentos há milhares de anos. Agora os cientistas começaram a identificar os ajustes específicos que levaram à grande revisão do metabolismo do fungo.

Os cientistas há muito que queriam estabelecer provas genéticas de que Aspergillus oryzae não conseguia produzir aflatoxina, em parte para garantir que o bolor é, e continuaria a ser, seguro para fermentar alimentos. Ao longo dos anos, eles documentaram inúmeras mudanças destrutivas em grande e pequena escala no conjunto de mais de duas dúzias de genes que o ancestral do fungo empregou para produzir a toxina.

Em um estudo recente, por exemplo, os cientistas compararam o genoma de Aspergillus oryzae 14160, uma estirpe industrial da China, com o genoma de Aspergillus oryzae RIB40, uma estirpe que foi sequenciada em 2005. No relatório publicado na Frontiers in Microbiology em 2021, a equipe descobriu que mais da metade do agrupamento de genes da aflatoxina foi eliminado na estirpe 14160, enquanto a estirpe RIB40 tem mutações em genes-chave aqui e ali.

Mas de cepa em cepa em cepa, há uma deleção no agrupamento de genes da aflatoxina que aparece consistentemente, disse John Gibbons, que liderou a análise de 2021 com a então estudante de graduação Katherine Chacón-Vargas.

Esta descoberta sugere que, em algum momento, uma cepa de fungo selvagem Aspergillus flavus adquiriu a deleção, o que a tornou inofensiva. Depois disso, outras alterações genéticas -mutações, deleções, outras alterações- acumularam-se livremente nos genes da aflatoxina, uma vez que não eram mais utilizadas.

A domesticação teria garantido que a característica inofensiva permanecesse. Isso ocorre porque a aflatoxina é um composto defensivo que o mofo usa para matar outros micróbios. Uma vez que outros micróbios -especificamente, leveduras- fazem parte do processo de fermentação para fazer o molho de soja ou o saquê de vinho de arroz, as únicas fermentações que funcionariam seriam aquelas em que as toxinas de kōji não estivessem presentes para matar as leveduras.

A perda da capacidade de produzir aflatoxina provavelmente abriu caminho para o fungo aumentar a sua capacidade de digestão de amido. Isso ocorre porque a produção de produtos químicos de defesa é cara. Se perderem a capacidade de produzir essas toxinas, na verdade poupam-lhes muita energia que podem colocar no metabolismo primário, como a digestão de amidos, açúcares e proteínas.

A pesquisa sugere que essa capacidade aprimorada de digerir o amido evoluiu continuamente. Em 1989, por exemplo, muito antes de as sequências do genoma estarem disponíveis para qualquer espécie de Aspergillus, vários grupos de cientistas usaram métodos para mostrar que o Aspergillus oryzae tinha múltiplas cópias do gene que codifica a alfa-amilase, a enzima que digere o amido; duas cepas do fungo tinham duas cópias, enquanto duas outras cepas tinham três.

Desde então, os investigadores analisaram mais de perto e mais estirpes e encontraram todo o tipo de variações sobre este tema. A estirpe RIB40, por exemplo, tem genes de alfa-amilase nos cromossomas 2, 3 e 5, enquanto a equipe de Gibbon relatou recentemente que a estirpe industrial da China, 14160, tem duas cópias no cromossoma 2 e uma terceira cópia no cromossoma 6.

Este tipo de mudanças provavelmente também aconteceu muitas vezes na natureza, embora antes da domesticação não fossem retidas porque não eram úteis. Mas no ambiente alimentar, quanto mais genes da alfa-amilase você tiver, mais dessa enzima você estará produzindo. Nós, humanos, teríamos então selecionado os micróbios poderosos na digestão do amido em nossa domesticação para fermentações.