Durante las últimas cinco décadas, la biotecnología de microalgas ha desarrollado una serie de aplicaciones basadas en este notable grupo de organismos fotosintéticos unicelulares. Estas aplicaciones varían desde una fuente para productos cosméticos como champú, ingredientes para el jabón con el que te lavas la cara, o componentes del maquillaje que utilizas; también en nutrición humana y animal contribuye en alimentos ricos en proteínas y suplementos dietéticos, como la Spirulina; es una fuente de energía para la creación de bio-fósiles; se utiliza activamente en procesos de biorremediación, entre otros. Más importante aún, las microalgas son responsables de la liberación, a escala global, de abundantes cantidades de oxígeno (O2) a la atmósfera, por medio de la captura de óxido de carbono (CO2) y su posterior transformación por fotosíntesis.

Las microalgas son organismos unicelulares que únicamente pueden ser vistos por medio de un microscopio y representan una interesante fuente de trabajo para los biotecnólogos. Muchos las consideran como diminutas fábricas celulares, con la ventaja de que son amigables con el medio ambiente y totalmente sustentables. Lo más importante es que pueden crecen en una variedad de espacios acuosos: en agua dulce, en sistemas marinos, en lagunas cerradas con alto contenido salino y también en lagos u oasis en la mitad del desierto.

En Yachay Tech existen dos biotecnólogos que enfocan sus esfuerzos en el estudio de estos organismos unicelulares; uno de ellos es el Profesor Spiros Agathos, Decano del Colegio de Ciencias de la Vida y Biotecnología, quien, con su equipo de científicos en el Laboratorio de Biotecnología de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), trabaja con microalgas recogidas de ambientes extremos como el oasis del Desierto del Sahara, que son tolerantes a temperaturas de ambientes cerrados y con altos contenidos salinos.

Con el uso de un fotobiorreactor, el equipo liderado por el Prof. Agathos, somete a estas inusuales microalgas unicelulares a condiciones similares a las del desierto para obtener compuestos con alto valor añadido, como antioxidantes que pueden ser introducidos en suplementos de salud nutricional. “Nuestro trabajo con la biotecnología de microalgas sirve para entender y controlar las condiciones óptimas bajo las cuales estas pequeñas fábricas celulares pueden producir óptimamente estos compuestos”, explica.

Existe una amplia variedad de especies de microalgas. Se estima que existen alrededor de 200.000 a 800.000 tipos, de los cuales únicamente 50.000 han sido descritas, y donde la mayoría se comportan de manera similar. Bajo condiciones de “stress” acumulan compuestos grasos que podrían ser utilizados para la bioproducción de biocombustibles como el biodiesel. “Pensamos que gracias a la biotecnología vamos a ser capaces de manipular las condiciones de tal forma que las microalgas puedan acumular compuestos combustibles como los lípidos u otros de alto valor celular como los antioxidantes”, explica el Prof. Agathos. “De hecho, en el laboratorio trabajamos para manipular genéticamente un tipo que se llama Chlamydomonas – un modelo de alga verde unicelular – y eventualmente otro tipo de microalgas que han sido menos estudiadas, pero que son más eficientes en la producción de compuestos extremadamente valiosos como los biofármacos a través de la ingeniería genética en otras partes del mundo”.  Esta es una de las razones por las que hay mucho entusiasmo sobre las microalgas y la biotecnología en el mundo científico; porque potencialmente pueden ser utilizadas para la producción sustentable y  contribuir en la reducción de CO2 en el mundo.

“CO2 es un gas de efecto invernadero y las microalgas están muy bien posicionadas para absorberlo”, explica Spiros. “Básicamente de un compuesto problemático como este podemos hacer algo muy útil como compuestos antioxidantes o biocombustibles los cuales se generan introduciendo CO2 natural o de gases de residuos industriales, al metabolismo de estas células”.

De igual importancia, el cultivo de microalgas a gran escala se puede dar en espacios marginales sin utilizar terrenos de agricultura, por lo tanto no compite con terrenos cultivables para la producción alimenticia; y además puede crecer con residuos de agua o agua marina que evita el uso de un recurso escaso como el agua. Finalmente el cultivo a gran escala de microalgas se puede vincular con la acuicultura, un sector estratégico para Ecuador, donde las microalgas proveen alimento para la agricultura y sirven como un biorremediador de arroyos con residuos generados por la acuicultura. Por otro lado, el Dr. Si Amar Dahoumane, docente de la Escuela de Ciencias de la Vida y Biotecnología en Yachay Tech, utiliza a las microalgas como un medio para la producción sustentable de nanopartículas  inorgánicas de oro, plata y compuestos bi-metálicos de oro y plata. “Las microalgas están por todas partes. Nuestra investigación se enfoca en aprovechar su maquinaria enzimática para implementar la síntesis de partículas inorgánicas de una manera más amigable con el ambiente”, explica. “El uso de microalgas para la producción de nanopartículas de materiales nobles ha llamado mucha atención. Es un simple proceso consistente de un paso. La adición de cationes de oro (un ion con carga positiva neta con más protones que electrones) a un cultivo vivo de migroalgas hace que las células promuevan la producción de nanopartículas de oro (NP-Au)”.

En su investigación, el oro se utiliza como un material modelo para estudiar el comportamiento de las microalgas y arrojar información sobre las vías bioquímicas que manejan este tipo de procesos bio-sintéticos. Por medio de varios experimentos, Si Amar y sus colegas han demostrado la habilidad de los cultivos de microalgas de agua dulce para producir soluciones estables de nanopartículas de oro, las cuales científicamente se las conocen como ‘coloides de oro’.

“Alimentamos el cultivo con soluciones acuosas como los cationes de oro”, explica Si Amar. “Estos cationes (Au3+) primero se internalizan por las células y luego, por medio de un mecanismo intracelular, se transforman al estado metálico (AU0) Cuando una decena de átomos se juntan, forman nanopartículas que son arrojadas al medio de cultivo. En general, cada célula se comporta como una nano-bio-fábrica y el cultivo como un foto-bio-reactor para la creación de nanopartículas de oro”.

Como sucede de manera natural, las microalgas pueden adaptar la toxicidad del oro y otros materiales nobles adquiriendo resistencia para sobrevivir a las duras condiciones experimentales y permitiendo a estos cultivos la administración de mayores cantidades de cationes de metal que pueden ser reutilizados una y otra vez. Un paso muy importante para la biotecnología, mientras allana el camino para escalabilidad y renovación de tal proceso. Como Si Amar y su equipo señalan en una investigación publicada en Springer Science+Buisness Media, “la habilidad de varios organismos vivos para realizar la síntesis intracelular de nanomateriales inorgánicos no es solo un área fascinante, sino también una potencial fuente de aplicaciones; especialmente para el diseño de biorreactores basados en células”.

El rango de aplicaciones para las nanopartículas de oro está creciendo rápidamente. Su uso varía, por ejemplo para el diagnóstico biomedicinal por medio de imágenes y tratamiento de hipertermia para tumores y tipos de cáncer; en electrónica podría servir para enlazar conductores y otros elementos dentro de un chip; en sensores para identificar si existen alimentos adecuados para el consumo; y en catálisis para reacciones químicas. Es necesario que exista mayor investigación antes de diseñar fotobiorreactores para la producción de nanopartículas basadas en cultivos de microalgas; sin embargo, la investigación de Si Amar es un gran paso en ese sentido y posiciona el uso de microalgas para la producción de nanopartículas metálicas.

Existe una variedad de razones para pensar que las posibilidades obtenidas con biotecnología podrían cambiar la manera en que funciona el mundo. El Prof. Agathos se muestra confiado de la variedad de opciones que existe en un futuro para los biotecnólogos, es solo cuestión de tiempo y compromiso. “Me entusiasma mucho estar en una posición en la que puedo utilizar una plataforma, muy compatible con el desarrollo sustentable y las posibilidades ambientales a largo plazo y que además se puede ser responsables con el medio ambiente”, explica.

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Por: Irene Ycaza – Coordinación de Desarrollo