Compuestos bioactivos a partir de microalgas

  • Compuestos bioactivos a partir de microalgas

Las microalgas son de gran importancia ambiental ya que fijan más del 40% del carbono atmosférico, además de ofrecer a la biósfera alrededor del 80% de oxígeno disponible (1). Abarcan grupos taxonómicos diversos, incluyendo cianobacterias, diatomeas, dinoflagelados, etc. Como grupo, pueden hacer frente a temperaturas altas y bajas, intensidades de luz subóptimas y supraóptimas, baja disponibilidad de nutrientes y otros recursos, que les da un poder de adaptabilidad y sobrevivencia enormes. Poseer una multitud de estrategias fisiológicas, bioquímicas y moleculares proporciona a las microalgas rutas biosintéticas que dan como resultado una riqueza de moléculas orgánicas complejas que pertenecen a la categoría de compuestos químicos bioactivos (2). Las microalgas tienen, además, una ventaja sobre muchos otros organismos en el sentido de que pueden cultivarse convenientemente para la producción y el procesamiento de los compuestos deseables. La búsqueda de químicos bioactivos, a partir de microalgas, es cada vez más prometedora. Compuestos bioactivos de microalgas es una multitud de sustancias, incluidos ácidos orgánicos, carbohidratos, aminoácidos y péptidos, vitaminas, sustancias de crecimiento, antibióticos, enzimas y compuestos tóxicos (2).

El mantenimiento controlado de microalgas es un factor clave para explotarlos como fuente de productos económicamente importantes. En Chile, existen varios centros de investigación asociados a universidades y empresas privadas donde se cultivan microalgas con diferentes propósitos, siendo los de mayor escala de la zona norte del país. Sin embargo, algunos cultivos de microalgas tienen como objetivo la alimentación de estados tempranos de peces e invertebrados y son considerados como cultivos auxiliares dentro de la acuicultura. En cuanto a cultivos de microalgas, con fines biotecnológicos, para la extracción de compuestos bioactivos, aún son insipientes.
El número de especies de microalgas cultivadas comercialmente, a gran escala, es pequeño, siendo las más importantes Arthrospira (Spirulina) platensis y Chlorella spp., producidas principalmente para el uso de suplementos nutricionales, y Dunaliella salina y Haematococcus pluvialis como fuentes de los carotenoides ß -caroteno y astaxantina, respectivamente. En una escala significativamente más pequeña, pero todavía comercial, se están cultivando especies como Porphyridium cruentum y también existe la muy extendida producción de microalgas para acuicultura, incluyendo especies como Nannochloropsis spp., Isochrysis galbana, Tisochrysis lutea (anteriormente conocida como Isochrysis tahitiana T-iso), Chaetoceros spp., Skeletonema costatum, Thalassiosira pseudonana, Tetraselmis spp., Pavlova lutheri, etc., siendo algunas de ellas importantes, además, para la salud humana (Tabla 1).

Lípidos
Dentro de las últimas décadas, la industria de los biocombustibles estuvo muy interesada en las microalgas, para la obtención de lípidos apropiados en la elaboración de biodiesel, promoviéndose la investigación sobre nuevas especies, estrés fisiológico (Fig.1), y sistemas de cultivos eficientes, que permitieran un biodiesel competitivo en el mercado de los combustibles. En laboratorio se estimaron prometedores porcentajes de lípidos por biomasa de microalgas, sin embargo, a nivel de escalamiento, los porcentajes de lípidos no han sido suficientes para obtener buenos rendimientos, aunque las investigaciones aún continúan al respecto. Los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) también necesitan atención por su bioactividad y capacidad antioxidantes. Se dispone, ahora, de una gran cantidad de datos sobre los ácidos grasos relacionados con todas las clases principales de microalgas.

Pigmentos
Por otra parte, tres grupos principales de pigmentos -clorofilas, biliproteínas y carotenoides- están asociados con la absorción de radiación y la fotosíntesis. ß -caroteno tuvo gran éxito de producción por la microalga marina Dunaliella salina (Chlorophyta). Este carotenoide es utilizado como aditivo en alimentos, para dar pigmentación y conservar alimentos, ya que es un excelente antioxidante. Astaxantina, es un antioxidante extremadamente poderoso, con varios mecanismos de acción que lo hacen valioso en la salud humana, prevención del cáncer y refuerzo del sistema inmune. Las microalgas relevantes para la producción de carotenoides secundarios incluyen cepas de varios géneros, ej.: Chlorella, Dunaliella, Haematococcus y Spirulina (Arthrospira). Las clorofilas se utilizan actualmente como colorante natural, además de estar relacionadas con las propiedades nutracéuticas y promoción de la salud, tales como: anti-inflamatorio, antioxidantes, profilácticos, integridad de tejidos, retraso del envejecimiento, antiagregante y vasoconstrictor plaquetario. Algunos estudios muestran la reducción en el riesgo de cáncer asociado con el consumo de dietas con clorofila a, lo que hace de esta molécula un aditivo importante para su uso.

Ficotoxinas
Un fenómeno importante, y que está dando lugar a nuevas investigaciones, son las floraciones algales nocivas (FAN), producidas por ficotoxinas. La característica común de las ficotoxinas es que ejercen un efecto pronunciado sobre el metabolismo y las funciones biológicas de los organismos afectados, con solo una cantidad mínima. La relación entre las ocurrencias de fitoflagelados y mariscos tóxicos se informó, por primera vez, como mareas rojas, por Sommer y Meyer en 1937. El dinoflagelado Gonyaulax catenella fue identificado como el organismo causante. La química de la toxina implicada, la saxitoxina, se estudió ampliamente y la estructura molecular se estableció de manera inequívoca. Hasta el momento se ha logrado un progreso considerable en la química y la toxicología de las ficotoxinas marinas (4). La Neosaxitoxina, alcaloide neurotóxico, análogo de la saxitoxina, ha sido estudiada actualmente por un grupo de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, encontrando resultados promisorios como anestésico local de largo efecto, antiinflamatorio y analgésico (3).

 

Tabla 1.- Compuestos bioactivos de microalgas y sus beneficios en salud humana. Adaptada de Ramírez-Mérida et al. (2015).

Figura 1.- Contenido promedio de lípidos, en laboratorio, en condiciones de abundancia de nutrientes, privado de nitrógeno y privado de silicio para Dinophyta, Eustigmatophyta, Euglenophyta, Haptophyta, Ochrophyta y Prasinophyta. Las barras de error muestran los valores mínimos y máximos registrados para cada especie (líneas sólidas de nitrógeno completo y privadas de silicio, líneas punteadas sin nitrógeno). Adaptado de Griffiths & Harrison, (2009)

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