Las microalgas son un amplio grupo de microorganismos fotosintéticos que ocupan gran variedad de hábitats, y que pueden tener importancia no solo para la alimentación humana y animal, sino también para la producción de varios compuestos con aplicaciones en sectores como la cosmética o la acuicultura.
Todavía existen muchas especies por descubrir, lo que hace pensar que las microalgas constituyen una fuente de compuestos bioactivos inexplorados.
La Red ALGARED+, dentro del Programa de Cooperación Transfronteriza España-Portugal (POCTEP) de INTERREG, ha trabajado durante 3 años y 8 meses para fortalecer el campo de la biotecnología de las microalgas y sus aplicaciones. Liderado por la Universidad de Huelva, este proyecto cuenta como socios con IFAPA Centro El Toruño, Universidad de Córdoba, ICMAN-CSIC y CTAQUA, de la parte española.
Mientras que representando a Portugal participaron la Universidad del Algarve, el Instituto Portugués del Mar y de la Atmósfera y las empresas NECTON y Sea4US. Durante su periodo de ejecución que ahora finaliza, ALGARED+ ha llevado a cabo actividades encaminadas a la búsqueda de nuevas especies de microalgas y el desarrollo de una colección de cepas. Posteriormente, se centraron en identificar y aislar nuevos compuestos, conocer su metabolismo, y utilizar este conocimiento generado para proponer productos y aplicaciones de interés.
Así, por ejemplo, se llevaron a cabo campañas de bioprospección de microalgas, donde se han muestreado 70 estaciones, desde el cabo San Vicente hasta Trafalgar, abarcando todo el arco sur Atlántico peninsular. “Las estaciones se han distribuido en 11 puntos en el Algarve, 9 en Huelva, 11 en Costa Ballena (Cádiz), 12 en la bahía de Cádiz desde la costa, 12 en la bahía de Cádiz en embarcaciones neumáticas, 10 estaciones en el entorno de Trafalgar y 5 en Sancti Petri, incluso algunos puntos se han muestreado varias veces en diferentes estaciones a lo largo del año, para determinar variaciones estacionales de las microalgas”, explica Julia Vélez, responsable de ALGARED+ en CTAQUA.
Las muestras obtenidas fueron procesadas siguiendo un método estándar para su perfecto cultivo y conservación, y las microalgas aisladas fueron identificadas mediante técnicas moleculares basadas en la secuenciación de ARNr18S. Una vez aisladas e identificadas las especies de microalgas, se creó una colección de 130 cepas de microalgas. “Todas las cepas han sido fotografiadas y se está terminando de elaborar un fichero completo que recoja la información de identificación de cada una de las microalgas. Esta colección está depositada en la sede del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN-CSIC), en la Universidad de Algarve (UALG) y en el Banco Español de Algas (BEA), localizaciones donde estarán a disposición de los investigadores que lo requieran” señala Ignacio Moreno (ICMAN-CSIC).
Sus propiedades para la salud
Después de la fase de identificación, el equipo de ALGARED+ llevó a cabo un proceso de caracterización bioquímica de las microalgas, centrándose en su contenido en carotenoides, ácidos grasos poliinsaturados, aminoácidos esenciales, minerales esenciales y otros compuestos de valor añadido. Asimismo, aislaron y caracterizaron varios extractos de algunas de estas microalgas mediante ensayos bioquímicos in vitro, buscando propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, osteogénicas, antidiabéticas, analgésicas, antitumorales y antimicrobianas, y tratando de identificar aquellas con futuras aplicaciones.
En particular, se realizaron estudios de las especies Tetraselmis sp IMP3, Tetraselmis sp CTP4 y Skeletonema sp, determinando su contenido polifenólico y composición, y se identificaron bioactividades antioxidantes e inflamatorias relevantes. “La microalga Skeletonema sp presenta la mayor actividad antioxidante y sus extractos etanólicos exhibieron las mayores capacidades inhibitorias de COX-2. Los resultados mostraron el potencial de esta nueva microalga para múltiples aplicaciones” explica Julia Vélez.
Además, se han probado 25 muestras biológicas entre extractos y fracciones aisladas de 5 especies de microalgas, de los cuales, extractos y fracciones de 3 microalgas mostraron resultados altamente relevantes en términos de las bioactividades probadas. “Se han determinado actividades a nivel neurológico de varios de estos extractos, sobre todo de aquellos que actúan sobre los canales de intercambio iónico de modo que permitan obtener nuevas formulaciones de compuestos para terapias alternativas al dolor crónico” señala.
Múltiples aplicaciones en acuicultura
Como sabemos, las microalgas están reconocidas como base trófica y funcional en acuicultura, en este sentido, dentro del ámbito de ALGARED+ se ha estudiado una herramienta de microencapsulado para preservar las microalgas en acuicultura de un modo más económico que el actual de liofilización. La microencapsulación permite mantener la estabilidad nutricional y conservar la integridad de las membranas celulares; aumentan la durabilidad de la calidad durante el almacenamiento bajo protección de luz y oxigeno; y facilita el trasiego de biomasa con una mínima pérdida de valor nutricional. Las pruebas se han realizado con las especies Tetraselmis chuii, Isochrysus galbana, Diacronema vlkianum, Rhodomonas báltica, considerando su valor
nutricional y su diferencia filogenética.
Además, asociado a las propiedades de péptidos antimicrobianos extraídos de las microalgas (AMPs), se han realizado pruebas in vitro ante microorganismos que suelen afectar a especies acuícolas como Vibrio anguillarum, Photobacterium damselae piscicida, Alteromonas y Tenacibaculum maritimum, determinando propiedades antibacterianas de estos compuestos frente a los cuatro patógenos estudiados.
Por otra parte, se han desarrollado distintas formulaciones con inclusión de microalgas en las dietas acuícolas, particularmente de Tetraselmis spp., y Skeletonema spp. (1% y 5%), y se han validado en pruebas in vivo con dorada (Sparus aurata) y lubina (Dicentrarchux labrax) en Sistemas de Recirculación en Acuicultura. Ambas pruebas han determinado diferentes parámetros: índices de conversión del alimento (FCR), eficiencia proteica (PER), índice de Fulton, llevándose también a cabo un análisis proximal y bioquímico de los peces alimentados con estas dietas.
Según los resultados, en lugar de incluir las microalgas como aditivos, se recomienda incluirlo como sustituto de algún componente esencial de la dieta (como por ejemplo, la harina de pescado) por diferentes proporciones de microalgas. Además, se observó que las tasas de crecimiento, índices de conversión y demás valores fueron mejores con Skeletonema que con Tetraselmis.
Biotecnología aplicada en el proyecto
Por otra parte, teniendo en cuenta que las microalgas tienen que ser adaptadas para su cultivo en reactores, así como a las condiciones que faciliten una alta productividad, ha sido fundamental conocer las rutas metabólicas que les permiten responder al estrés y asimilar nutrientes esenciales. “En general, hemos logrado grandes avances en el estudio del metabolismo del nitrógeno y el fósforo, además hemos optimizado las condiciones de mutagénesis de las microalgas, por mejora inducida manipulando condiciones ambientales y por mejora genética molecular”, explica Rosa León, coordinadora del proyecto (Universidad de Huelva).
Por otra parte, se han conseguido nuevas herramientas para la manipulación genética de las microalgas y se ha obtenido un nuevo vector para la expresión de proteínas, también nuevos genes marcadores, lo que permite sobreexpresar o inhibir genes o enzimas concretas de ciertas rutas. Con todo ello, “hemos conseguido expresar simultáneamente varios genes que codifican enzimas de la ruta de biosíntesis de carotenoides, y se han establecido nuevas cepas transgénicas que acumulan mayor cantidad de lípidos gracias a la sobreexpresión de la enzima ACS”, añade.
Los resultados en un webinar ya disponible
Durante toda la ejecución del proyecto, el equipo de expertos de ALGARED+ ha trabajado para dar a conocer sus avances y resultados al sector y a la sociedad.
Muestra de ello son las 30 publicaciones científicas realizadas en revistas de alto impacto como Bioprocess Biosyst Eng, International Journal of Molecular Sciences,
Biology y Algal Research. También se han realizado al menos 100 comunicaciones en más de 30 congresos, y se han contratado más de 16 investigadores, la mayoría jóvenes investigadores que están haciendo sus tesis de master y tesis doctorales.
“Además, a principios de octubre de 2020, realizamos el webinar (https://bit.ly/3kzZEy3) Nuevas aplicaciones de las microalgas, un evento organizado por CTAQUA y abierto a todo el público interesado en saber más sobre el proyecto y las posibilidades de las microalgas en general. Todos los socios y expertos invitados ofrecieron ponencias muy interesantes que ahora ponemos a disposición de todos en formato vídeo”, señala Julia Vélez.
