La búsqueda de fuentes naturales de compuestos activos es una de las líneas de investigación más amplias en la biotecnología básica y aplicada. Tradicionalmente, otras plataformas microbianas han sido las principales fuentes estables de producción de compuestos bioactivos. Sin embargo, es necesaria la búsqueda de otros microorganismos con ventajas a nivel de crecimiento, adaptabilidad y diversidad química única.
Por qué mirar a microorganismos fototróficos
Las microalgas y cianobacterias son organismos fototróficos que poseen la capacidad de adaptarse a distintos ambientes gracias a un metabolismo muy eficiente. Derivada de las mismas, numerosos compuestos son producidos en el metabolismo primario y secundario, destacando lípidos (carotenoides, ácidos grasos omega-3 y 6, ácidos grasos susceptibles de ser convertidos a biodiesel), proteínas (pigmentos proteicos, micosporinas), carbohidratos, ácidos fenólicos, compuestos antimicrobianos, policétidos, etc.
En combinación, poseen numerosas capacidades bioactivas que los hacen muy atractivos en diferentes campos, como el nutracéutico (suplementos, alimentación funcional), cosmético, farma, biocombustibles, bioestimulantes agrícolas, alimentación humana y animal y colorantes naturales. Dentro de este abanico químico, existen compuestos bioactivos sólo producidos por microorganismos fototróficos, como las ficobiliproteínas, los ácidos grasos omega 3 (EPA y DHA), los polisacáridos sulfatados y los antioxidantes naturales más potentes que existen: astaxantina, fucoxantina y sus precursores metabólicos.
Sostenibilidad y potencial todavía por descubrir
Por otro lado, su crecimiento rápido, alta reproducibilidad y su capacidad de aclimatación a diferentes corrientes residuales como medio nutritivo hace que las microalgas y cianobacterias sean la fuente natural de compuestos activos más sostenible y efectiva. Además, se conoce sólo el 10% de la diversidad taxonómica de este grupo de microorganismos, lo que aumenta el interés por los trabajos de bioprospección en ambientes singulares o extremos.
En AINIA contamos con las instalaciones y equipamiento para cultivar numerosas especies de microalgas y cianobacterias a distintas escalas, lo que abre un abanico de posibilidades para producir biomasas “a la carta” o extractos ricos en compuestos de interés. Además, la experiencia está haciendo que se puedan cultivar especies no típicas, característica muy diferenciadora y que permitiría expandir la lista de compuestos específicos de estos grupos microbianos que aún no se han explotado o descubierto.
Líneas de trabajo: de la investigación a la transferencia
De manera específica, la línea de Biomasas Acuáticas trabaja de manera activa en la transformación y transferencia de todo este conocimiento, a la vez que refuerza, complementa y construye vías pioneras e innovadoras con el apoyo de otras líneas. Esto se puede traducir y clasificar en distintos grupos químicos de interés:
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Producción de compuestos fotoprotectores: Es considerado un eje vertebrador de la línea de Biomasas Acuáticas. Debido a la versatilidad química de algunos grupos de sustancias, se han estudiado como posibles extractos activos tanto en la protección de cultivos agrícolas como en el diseño de formulaciones cosméticas, con resultados muy prometedores.
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Producción de pigmentos proteicos procedentes de cianobacterias: Colorantes naturales como ficocianina, ficoeritrocianina y ficoeritrina. Todas ellas son únicamente producidas por cianobacterias de los géneros Limnospira, Anabaena y Nostoc. Su origen natural se espera que sustituya otro tipo de colorantes sintéticos en la industria textil o la alimentaria. Además, su alto poder antioxidante ha expandido su abanico de aplicaciones, pudiendo ser utilizados como compuestos activos en nutrición, cosmética y en el tratamiento de ciertas enfermedades crónicas.
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Producción de polisacáridos, proteínas, aminoácidos, compuestos fenólicos: Las plataformas biotecnológicas para la producción de proteínas alternativas es el otro eje central de la línea de Biomasas Acuáticas. El elevado contenido proteico y su perfil de aminoácidos, muy equilibrado a nivel nutricional, posicionan a las microalgas como una fuente prometedora para la alimentación humana y animal. Por otro lado, los polisacáridos extracelulares e intracelulares presentan propiedades espesantes, antioxidantes y bioactivas, mientras que los compuestos fenólicos, aunque generalmente presentes en menores concentraciones, exhiben una elevada capacidad antioxidante y potencial bioactividad.
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Producción de pigmentos apolares mediante microalgas (eucariotas): Dentro de esta sección se encuentran los compuestos activos con mayor diversidad y aplicaciones. A su vez, es el grupo más estudiado y donde la línea de Biomasas Acuáticas alberga más experiencia. Los más importantes son algunos pigmentos antioxidantes, como la astaxantina, beta-caroteno, luteína y precursores metabólicos como zeaxantina, cantaxantina y fucoxantina. Para ello, se han desarrollado estrategias de cultivo en dos etapas (etapa de producción de biomasa y etapa de producción del compuesto activo), generando rendimientos altos en productividad y una concentración óptima de pigmento/s por célula.
Impacto y siguientes pasos con la industria
En definitiva, desde la línea de Biomasas Acuáticas se está trabajando para estudiar, descubrir e implementar tecnologías innovadoras de producción de compuestos activos en microalgas y cianobacterias. Gracias a todo el conocimiento y la experiencia adquirida, se están definiendo vías de colaboración a nivel interno y vías de transferencia de conocimiento y colaboración externa con empresas y otras entidades. Esto se traduce en un mejor posicionamiento tecnológico de AINIA y en el avance en diversos sectores de interés.
