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POTENCIAL BIOTECNOLÓGICO DE LAS
MICROALGAS Las microalgas fueron los primeros organismos con capacidad de fotosíntesis y uno de los principales agentes en la creación de la actual atmósfera terrestre. Estos organismos son claves en el equilibrio planetario, ya que la dinámica del dióxido de carbono en la Tierra está, en gran medida, determinada por ellos y, además, constituyen la base de las cadenas tróficas que permiten la vida en los océanos. A pesar de su gran importancia para nuestro Planeta, las microalgas constituyen un grupo de microorganismos cuyos usos potenciales aún no han sido suficientemente estudiados. Se han descrito más de 40.000 especies de microalgas, pero se estima que más de 10 millones están aún por catalogar. De las especies de microalgas conocidas, menos del 1% ha sido sometido a trabajos de “screening” para la identificación de nuevas sustancias bioactivas o potenciales aplicaciones industriales o agrarias. Teniendo en cuenta que sólo se explotan industrialmente con éxito unas 6 especies, se puede decir que la biotecnología de las microalgas es una actividad en fase de desarrollo que se beneficia tanto de técnicas de la biotecnología tradicional como de la moderna. Las microalgas constituyen una de las más importantes reservas de nuevos productos y aplicaciones. Hoy en día, las microalgas se han diversificado hasta límites desconocidos y se encuentran en ambientes muy diferentes. Han colonizado ecosistemas muy dispares en los que los rangos de salinidad y temperatura varían fuertemente. La adaptación a estos ambientes pasa por la aparición de procesos que, de alguna manera, las protegen, ya sea por la síntesis de compuestos antioxidantes en ambientes de alta salinidad y temperatura, la disposición en la membrana de ácidos grasos poli-insaturados de cadena larga que evitan la congelación de la membrana en ambientes muy fríos o el desarrollo de mecanismos fototácticos mediante los que las microalgas son capaces de evitar las horas de mayor irradiación.
Autores:
Patricia Assunção, Adelina de la Jara, Laura Carmona, Karen Freijanes, Eduardo Portillo, Héctor Mendoza. Departamento de Biotecnología, Instituto Tecnológico de Canarias (ITC).
Observación microscópica de diferentes especies de microalgas, donde se puede constatar su enorme biodiversidad
Cultivo de microalgas en medio solido
Aparte de la industria farmacéutica (restringida a un reducido número de productos) y la producción destinada a la acuicultura, el mayor mercado para los productos obtenidos a partir de la microalgas corresponde a los alimentos dietéticos y funcionales, seguido por el mercado de aditivos alimentarios, especialmente carotenoides como la astaxantina y el β-caroteno. La producción de ácidos grasos poli-insaturados de cadena larga -ω3 y -ω6 a partir de microalgas, para consumo humano y animal, se presentan como una óptima alternativa de futuro a la fuente tradicional de estas sustancias, los aceites de pescado. Por otra parte, debido en gran medida a la crisis del petróleo en los últimos años, y al consecuente uso abusivo de los cereales para la producción de etanol y biodiesel, las microalgas han vuelto a suscitar interés como productoras de biocombustibles.
de desarrollo en los sectores de la industria, la agricultura y el medio ambiente. Sus principales líneas de trabajo se basan en el estudio de las aplicaciones potenciales de las microalgas, teniendo en cuenta su enorme biodiversidad. Para ello se seleccionan las especies y cepas de microalgas que reúnen las características adecuadas para la producción de la sustancia de interés (trabajos de “screening”) antes de cultivarlas a gran escala. Posteriormente, esos cultivos son cosechados (centrifugación, tamizado, floculado, etc.) y procesados (secado, pasteurizado,etc.) hasta obtener una biomasa destinada a la aplicación de interés (alimentación, farmacia, cosmética, energía, etc.). En este sentido, la identificación y la caracterización de nuevas especies y cepas no sólo constituye uno de los más prometedores abordajes en el campo de la biotecnología, sino una contribución inestimable a la preservación de su biodiversidad. Como ejemplo, los grandes programas de investigación sobre la utilización de microalgas en procesos de mitigación de gases de efecto invernadero y la producción de biocombustibles, que en la segunda mitad del siglo XX fueron puestos en marcha por E.E.U.U. y Japón, permitieron generar importantes colecciones de microalgas que en la
El Departamento de Biotecnología, perteneciente a la División de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Instituto Tecnológico de Canarias (ITC), en colaboración con otras instituciones locales e internacionales, centra su esfuerzo en la exploración de actividades basadas en la biotecnología que ofrezcan nuevas posibilidades
ESPECIES DE MICROALGAS CON ALTA RELEVANCIA EN APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS Especie/Grupo
Producto
Aplicaciones
Spirulina platensis/Cyanobacteria Chlorella vulgaris/Chlorophyta Dunaliella salina/Chlorophyta Haematococcus pluvialis/Chlorophyta Ondontella aurita/Bacillariophyta Porphyridium cruentum/Rhodophyta Isochrysis galbana/Chlorophyta Phaedactylum tricornutum/Bacillariophyta Lyngbya majuscule/Cyanobacteria Nannochloropsis oculata/Chlorophyta
Ficocianina, biomasa Biomasa Carotenoides, ≤-caroteno Carotenoides, astaxantina Ácidos grasos Polisacáridos Ácidos grasos Lípidos, ácidos grasos Inmunomodeladores Ácidos grasos
Alimentos dietéticos Alimentos dietéticos, suplementos dietéticos, sustitutos de piensos Alimentos dietéticos, suplementos dietéticos, piensos Alimentos dietéticos, productos farmacéuticos, aditivos de piensos Productos farmacéuticos, cosméticos, alimentación infantil Productos farmacéuticos, cosméticos, alimentación Alimentación animal Alimentación, producción de biodiesel Cosmética, Alimentación Alimentación animal
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actualidad constituyen la base de muchos trabajos en diferentes áreas de la investigación. Actualmente, el Departamento de Biotecnología del ITC posee una amplia colección de microalgas, provenientes de colecciones oficiales de cultivo y fruto de los aislamientos de campo realizados a lo largo de 10 años que son la base de muchos proyectos de investigación. En este sentido, el Departamento de Biotecnología ha apostado por las herramientas de la biología molecular para lograr una identificación correcta de las especies de microalgas depositadas en su cepario, una vez que la taxonomía tradicional, además de muy laboriosa, no siempre permite una identificación precisa. Por otra parte, también se ha empezado a estudiar la variabilidad genética intra-especifica de las diferentes especies de microalgas que producen moléculas de interés biotecnológico, de manera que pueden ser seleccionadas. Por ejemplo, se ha obtenido una gran variabilidad intraespecifica en diferentes aislamientos de campo de la microalga Dunaliella salina, el mayor productor de βcaroteno a nivel industrial. Entre los estudios realizados por el ITC, cabe destacar el diseño y desarrollo de técnicas de cultivo a gran escala para la producción de microalgas destinadas a consumo humano y para la elaboración de piensos animales, así como la elaboración de dietas para acuicultura. Asimismo, el Departamento de Biotecnología de esta institución lleva a cabo estudios de viabilidad técnica para la producción de sustancias bioactivas a partir de microalgas, con especial atención a la obtención de bioantioxidantes naturales, que pueden ser aplicados en la elaboración de alimentos
Cultivo de microalgas en fotobioreactores
Por último, decir que las Islas Canarias, por sus óptimas condiciones ambientales (clima templado y una adecuada insolación), constituyen un lugar ideal para el desarrollo del cultivo intensivo de microalgas a gran escala. El cultivo de microalgas es una actividad de bajo impacto ambiental con una baja demanda de energía que no requiere ni suelo fértil ni agua de calidad. No compite, por tanto, con otras actividades agrarias. En la actualidad, ciertas microalgas son la base de una floreciente industria biotecnológica. Canarias es un territorio frágil, deficitario en su sector industrial y en el que el sector primario pierde de forma acelerada peso económico a favor de un sector terciario fuertemente dependiente del turismo. El desarrollo tanto de la industria como de las actividades agrarias, fuertemente condicionado por la insularidad, sólo podría sustentarse sobre nuevas actividades poco exploradas, con un gran potencial de desarrollo tecnológico y comercial y de bajo impacto ambiental, como es el caso del cultivo intensivo de microalgas.
PROYECTOS EN QUE PARTICIPA EL DEPARTAMENTO DE BIOTECNOLOGÍA DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CANARIAS (ITC) Acrónimo Proyecto
Cultivo de microalgas a escala de laboratorio
funcionales. Este departamento ha dedicado también sus esfuerzos a la producción de pigmentos naturales (≤-caroteno, astaxantina) de uso alimentario a partir de microalgas. Otra utilidad de gran importancia es la depuración de aguas residuales y gases de combustión a partir de cultivos intensivos de microalgas. Por otra parte, en los últimos años se ha trabajado con vista a seleccionar especies y cepas de microalgas hiperproductoras de ácidos grasos saturados para producción de biocombustibles, y poli-insaturados (-ω3 y -ω6) para uso alimentario.
Entidades Financiadoras
Objetivo
PSE-Microalgas
Estudio de los usos energéticos, farmacéuticos, alimentarios y cosméticos de la biomasa de microalgas teniendo en cuenta aspectos de viabilidad, sostenibilidad social, medioambiental, energética y económica.
OMARAT/POCTEFEX
Mejora del conocimiento sobre organismos extremófilos y ampliación la colección de microalgas originarias de ambientes hipersalinos del Departamento de Biotecnología del ITC.
BANGEN
Creación de un banco genético marino de la Macaronesia.
FAM
Diseño y desarrollo de nuevos formatos alimentarios a partir de microalgas.
TRES
Transición hacia un modelo Energético Sostenible para Madeira, Azores y Canarias.
LACTOALGA
Uso de lactosueros para el cultivo heterotrófico de microalgas para la producción de ácidos grasos poli-insaturados de cadena larga y la elaboración de lactorremplazantes en nutrición animal.
VENTURI
Estudio de viabilidad técnica de los difusores venturi como mejora del proceso de dilución en vertidos de salmuera procedentes de desaladoras y consiguiente reducción del impacto ambiental en los ecosistemas marinos, especialmente sobre praderas marinas.
BIOACU
Valorización energética de cultivos de microalgas en plantas alimentadas por energías renovables (bioacumuladores: producción de biodiesel y fijación de emisiones de CO2 por cultivos de microalgas).
INMOSEAWEED
Fuentes alternativas de biomasa: microalgas en nutrición animal. Evaluación del efecto de microalgas marinas sobre el sistema inmune de rumiantes.
Cultivo de microalgas en sistemas abiertos (raceways)
Autor: Patricia Assunção, Adelina de la Jara, Laura Carmona, Karen Freijanes, Eduardo Portillo, Héctor Mendoza.