The biotechnological potential of marine-derived Penicillium strains isolated from the Portuguese coast

Abstract

Marine fungi have an important role in marine and estuarine ecosystems. It is known that marine fungi are a source of compounds with potential biotechnological interest and applicability in several industries. In Portugal, in the last few years there has been increasing interest in marine fungi, with new species being identified, but the potential that this group represents is still largely unknown. We characterised the biotechnological potential of 18 Penicillium strains isolated from Portuguese coast and the estuary of Ria de Aveiro regarding their enzymatic, antibacterial, and antifungal activities. We also assessed the effect of sea salts on these activities. At least one Penicillium strain was able to inhibit the growth of several plant pathogenic fungi (Lasiodiplodia hormozganensis, L. theobromae, Diplodia corticola, Botrytis cinerea, Alternaria infectoria, Diaporthe eres, Fusarium oxysporum and Glomerella cingulata), with most of the Pencillium strains in this study being able to inhibit more than 50% of the fungi assayed. Botrytis cinerea was the test fungus whose growth rate was inhibited by the largest number of Pencillium strains (13 out of 18) able to inhibit its growth. Most Penicillium strains were able to inhibit the growth of the gram-positive bacterium Kocuria rhizophila, and one strain was able to inhibit gram-negative bacterium Aeromonas hydrophila. Around 72% of the Penicillium strains secrete at least half of the extracellular enzymes studied, specifically cellulases and xylanases, both under saline and non-saline conditions. In the presence of sea salts, only 3 of the 8 enzymes studied were produced by more than 50% of the strains in study: cellulases, xylanases and caseinases. Among those, Penicillium strains showed a higher enzymatic index for cellulases and xylanases when comparing with non-saline conditions. This study reinforced the importance of studying marine fungi and their potential applications in industries such as pharmaceutical, food and agriculture, with this Penicillium collection being able to inhibit important plant pathogens like D. eres, B. cinerea and L. theobromae.

Os fungos derivados de ambientes marinhos têm um papel importante em ambientes marinhos e estuarinos. Esta classe de fungos representa uma fonte de compostos com potencial biotecnológico e com aplicação em várias indústrias. Em Portugal e nos últimos anos, tem surgido um interesse no estudo dos fungos marinhos, com identificação e descrição de espécies novas, mas o potencial biotecnológico deste grupo não é ainda totalmente estudado. Neste estudo, caraterizou-se o potencial biotecnológico de 18 estirpes de Penicillium sp. isoladas da costa portuguesa e do estuário da Ria de Aveiro relativamente às suas atividades enzimáticas, antifúngicas e antibacterianas, bem como o efeito que os sais marinhos provocam nessas atividades. Pelo menos uma estirpe de Penicillium marinho foi capaz de inibir o crescimento de vários fungos patogénicos utilizados neste estudo (Lasiodiplodia hormozganensis, L. theobromae, Diplodia corticola, Botrytis cinerea, Alternaria infectoria, Diaporthe eres, Fusarium oxysporum and Glomerella cingulata), com a maioria a ser capaz de inibir mais do que 50% desses fungos. O fungo teste Botrytis cinerea foi o que teve o seu crescimento inibido por mais estirpes de Penicillium (13 estirpes). A maioria das estirpes de Penicillium inibiu o crescimento da bactéria gram-positiva Kocuria rhizophila e um isolado foi capaz de inibir a bactéria gram-negativa Aeromonas hidrophyla. Cerca de 72% das estirpes mostraram atividade enzimática em placa para as enzimas testadas de aplicação industrial, mais especificamente celulases e xilanases, em ambas as condições testadas (com e sem sais marinhos). Na presença de sais marinhos, a atividade enzimática de 3 das 8 enzimas estudadas foi detetada em mais de 50% das estirpes de Penicillium estudadas: celulases, xilanases e caseinases. Desse grupo enzimático, o índice enzimático aumentou nas celulases e nas xilanses comparativamente à condição não salina. Com este estudo, foi possível salientar a aplicação de fungos marinhos e do seu potencial em indústrias como a farmacêutica, alimentar e agrícola, com as estirpes marinhas de Penicillium a mostrarem inibição contra fungos patogénicos importantes como Diaporthe eres, Botrytis cinerea e Lasiodiplodia theobromae.