Por: Bernardo Veyrand Quirós1, Ana Laura González Castro2, Mauricio Muñoz Ochoa3
1 CIBNOR-SECIHTI. Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste S.C. Km. 1 Carretera a San Juan de La Costa El comitan. La Paz, Baja California Sur. C.P. 23205.
2 Universidad Autónoma de Baja California Sur. Boulevard Forjadores S/N entre Calle Av. Universidad y Calle Félix Agramont Cota Col. Universitario., La Paz, Baja California Sur, México. 23083
3 Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Avenida Instituto Politécnico Nacional s/n, La Paz, B.C.S., 23096, México.
Presentación del artículo:
Las microalgas son mucho más que organismos microscópicos que habitan en ambientes acuáticos. Su capacidad para producir proteínas, pigmentos, lípidos, polisacáridos y otros compuestos bioactivos las convierte en pequeñas biofábricas con un amplio potencial biotecnológico. Actualmente, estos organismos son estudiados para desarrollar productos destinados a la agricultura, alimentación, acuicultura, cosmética y otras industrias. En este artículo exploramos algunas de sus principales aplicaciones y el camino que existe entre una microalga cultivada en el laboratorio y el desarrollo de un producto comercial.
Palabras clave: compuestos bioactivos, biotecnología, innovación,
En una sola gota de agua puede esconderse un mundo microscópico capaz de producir una gran variedad de sustancias. Las microalgas son organismos microscópicos, principalmente acuáticos, que realizan fotosíntesis para sobrevivir. Se distribuyen en ríos, lagunas, océanos e incluso en ambientes extremos. Aunque son organismos pequeños, producen proteínas, lípidos, carbohidratos, pigmentos, vitaminas, minerales y otras moléculas de reciente interés. Por lo que se les considera pequeñas biofábricas; organismos que pueden cultivarse y su biomasa y compuestos pueden aprovecharse para desarrollar alimentos, ingredientes, productos agrícolas, cosméticos y nuevas aplicaciones biotecnológicas.
Gran diversidad de productos
No todas las especies de microalgas producen lo mismo. La biotecnología busca modificar las condiciones de cultivo, como luz, temperatura, salinidad y nutrientes para modificar los compuestos que producen.
Esta versatilidad ha permitido el desarrollo de productos comerciales. Como Haematococcus pluvialis que es una de las principales fuentes de astaxantina, un pigmento rojo con propiedades antioxidantes que se utiliza en suplementos, cosméticos y en alimentos para acuicultura. Dunaliella salina es una fuente de betacaroteno, mientras que Arthrospira platensis, conocida como espirulina, es una fuente de ficocianina, un pigmento azul utilizado como colorante natural.
Otras microalgas producen lípidos de interés nutricional. Especies de Nannochloropsis y la diatomea Phaeodactylum tricornutum pueden acumular ácido eicosapentaenoico (EPA), un ácido graso omega-3. Phaeodactylum tricornutum también produce fucoxantina, un pigmento de color amarillo pardo que se investiga por sus posibles aplicaciones en nutrición y salud.
Figura 1. Cultivo de Porphyridium cruentum en laboratorio. La iluminación y aireación continua permiten mantener las condiciones necesarias para el crecimiento de esta microalga roja. Fotografía: Bernardo Veyrand.
Microalgas para una agricultura más sostenible
Uno de los campos con mayor interés es la agricultura, donde la biomasa y los extractos de microalgas se utilizan como biofertilizantes y bioestimulantes, que en conjunto contribuyen a mejorar la fertilidad del suelo y favorecen el crecimiento y protección de las plantas, por lo que actualmente representan una alternativa prometedora para disminuir el uso de fertilizantes y pesticidas de origen químico. Estos microorganismos benefician al suelo al aumentar la disponibilidad de nutrientes y producir sustancias bioactivas, entre ellas fitohormonas con efecto bioestimulante; auxinas, citocininas y giberelinas, que participan en procesos de la división celular, desarrollo radicular y crecimiento de los tallos y formación de hojas. Asimismo, las microalgas producen polisacáridos, aminoácidos, y compuestos con actividad antioxidante y antimicrobiana, que en conjunto favorecen el metabolismo vegetal. Esto se traduce en mayor porcentaje de germinación, plantas más vigorosas, incremento en el rendimiento de los cultivos y frutos de mejor calidad, lo que contribuye a una agricultura sostenible.
Especies como Chlorella vulgaris, Tetradesmus obliquus, Arthrospira platensis y algunas del género Desmodesmus se han estudiado por estos efectos, ya que producen compuestos parecidos a las hormonas vegetales, lo que favorece la germinación, desarrollo de raíces y respuesta frente a condiciones ambientales. Además, producen aminoácidos, minerales, antioxidantes, polisacáridos y sustancias capaces de limitar el crecimiento de hongos o bacterias que enferman a las plantas.
Del cultivo al plato
En alimentación humana, la espirulina y Chlorella vulgaris se comercializan como alimentos o complementos debido a su contenido de proteínas, pigmentos, vitaminas, minerales, entre otros compuestos. Su potencial no se limita a proporcionar nutrientes. Los pigmentos y otros compuestos producidos por las microalgas pueden utilizarse como ingredientes funcionales y colorantes naturales, una característica especialmente atractiva para el desarrollo de nuevos alimentos.
En la acuicultura, se utilizan directamente como alimento para larvas de moluscos, crustáceos y peces, o para cultivar organismos microscópicos como rotíferos y copépodos que sirven como cultivos de apoyo. Cultivos de Tisochrysis lutea, Tetraselmis suecica, Chaetoceros calcitrans y distintas especies de Nannochloropsis son algunos ejemplos utilizados en criaderos.
De la medicina al cuidado de la piel
Los pigmentos producidos por microalgas también tienen diversas aplicaciones en la industria farmacéutica y cosmética, Entre los más estudiados destacan los pigmentos, lípidos y polisacáridos con actividad antioxidante, antimicrobiana, antiinflamatoria y fotoprotectora. La astaxantina de Haematococcus pluvialis, la ficocianina de Arthrospira platensis y los polisacáridos producidos por Porphyridium purpureum son algunos ejemplos.
En cosmética, extractos de Chlorella vulgaris y Arthrospira platensis ya se incorporan en algunas formulaciones. También se investigan otras especies para encontrar ingredientes para el desarrollo de productos para el cuidado de la piel. Sin embargo, encontrar una actividad biológica en pruebas de laboratorio es el primer paso. Para que estos compuestos puedan convertirse en productos comerciales, es necesario evaluar eficacia, estabilidad, dosis, seguridad y absorción. Por ello, la investigación es fundamental para transformar el potencial de las microalgas en aplicaciones seguras.
Figura 2. La ficoeritrina es uno de los pigmentos característicos de la microalga roja Porphyridium cruentum. A) Después de su extracción presenta una intensa coloración rojiza. B) Cuando se expone a la luz, el pigmento muestra fluorescencia. Estas propiedades, sumadas a su actividad antioxidante, hacen de la ficoeritrina un compuesto de gran interés biotecnológico. Fotografías: Bernardo Veyrand.
El reto: convertir el potencial en productos
Aunque las aplicaciones son numerosas, cultivar microalgas a gran escala es un gran desafío. Se necesitan sistemas adecuados para proporcionar luz, nutrientes, agua y condiciones de cultivo controladas. Además, separar células diminutas de grandes volúmenes de agua requiere procesos costosos. La extracción y purificación de los compuestos pueden requerir varias etapas y aumentar el costo del producto final.
Por eso, el desarrollo de un bioproducto basado en microalgas no consiste simplemente en encontrar una especie que produzca una molécula interesante. Es necesario responder varias preguntas: ¿qué produce?, ¿cuánto produce?, ¿cómo podemos cultivarla?, ¿cómo extraemos el compuesto?, ¿funciona realmente y puede producirse a un costo competitivo?
Por ello, en la línea estratégica de Biotecnología en Plancton y Una Salud del CIBNOR, en colaboración con el Laboratorio de Farmacognosia de la Universidad Autónoma de Baja California Sur y el Laboratorio de Química de Algas Marinas del CICIMAR, se evalúa el potencial de diferentes cepas de microalgas para identificar sus compuestos y propiedades de interés, con el objetivo de desarrollar nuevos productos de aplicación agrícola, alimentaria, cosmética y biotecnológica.
Referencias:
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Autores:
Bernardo Veyrand Quirós. CIBNOR-SECIHTI. Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, Correo: bveyrand@pg.cibnor.mx
Ana Laura González Castro. Profesora investigadora de asignatura, Departamento Académico de Ciencias Marinas y Costeras, Universidad Autónoma de Baja California Sur. Correo: al.gcastro@uabcs.mx
Mauricio Muñoz Ochoa. Profesor investigador, Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Departamento de Desarrollo de Tecnologías, laboratorio de Química de Algas Marinas. Correo: mmunozo@ipn.mx
