Aplicaciones biotecnológicas de las microalgas

23 marzo 2017

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Recientemente se ha celebrado Algaeurope en Madrid (13 al 15 de diciembre de 2016), un simposio para intercambiar información entre las universidades y la industria para discutir la evolución del sector de la biomasa algal alrededor del mundo. Esto es debido a que el interés en las algas y especialmente las microalgas ha aumentado últimamente por a su aplicación en distintos campos. Gracias al cultivo de algas podemos obtener diversos compuestos de interés para la alimentación, cosmética, fármacos e incluso industria energética.

Lea Echevarrieta Legrand y Alexandra Pérez Gómez

Actualmente las microalgas se utilizan esencialmente como fertilizantes, purificación de aguas residuales, alimento para la acuicultura y complementos alimenticios pero se están realizando estudios que demuestran que las algas tienen todavía un gran potencial biotecnológico.

¿Por qué utilizar las algas?

Las algas tienen un crecimiento rápido y necesitan relativamente pocos nutrientes para crecer. Las microalgas unicelulares son un grupo diverso de organismos fotosintéticos que viven en un amplio rango de hábitats. De hecho pueden utilizar residuos como sustrato llegando a crecer directamente en aguas residuales. Las algas capturan CO2 y expulsan O2 por lo que la instalación de biofactorías es interesante para zonas contaminadas por la industria o grandes ciudades. Además se pueden instalar plantas en suelos que no sirven para la agricultura convencional para así no competir con la producción alimentaria.

Desde un punto de vista biotecnológico, las microalgas han despertado interés como modelos simples de plantas superiores y como fuente natural de compuestos de alto valor desde proteínas terapéuticas hasta biofuels. Además de presentar un crecimiento rápido y fácil, también tienen la ventaja de un bajo coste y un amplio rango de aplicaciones industriales. Como contrapartida hasta ahora la utilización de microalgas no se ha considerado en ingeniería genética debido a la falta de herramientas genéticas de alta eficiencia.

Cada vez se está prestando más atención a las microalgas y en concreto al género Chlorella debido a su potencial como cepa hospedadora para la expresión de proteínas heterólogas.

Chlorella como cepa hospedadora para la ingeniería genética.

Chlorella es un género de microalgas verdes unicelulares eucariotas con forma esférica, y un diámetro que varía entre 5 y 10 µm cuyo genoma está completamente secuenciado. Gracias a que pueden conseguir altas concentraciones celulares bajo condiciones controladas, llegan a producir elevados niveles de proteínas. Debido a ello, los avances en ingeniería genética están permitiendo la expresión satisfactoria de proteínas heterólogas con diferentes aplicaciones.

Tabla 1: Estudios de expresión heteróloga de proteínas en Chlorella. Liu, J. et al. (2016)

Todavía falta superar ciertos obstáculos para obtener una expresión estable en Chlorella. El mayor desafío es el bajo rendimiento relativo de proteínas heterólogas debido mayormente a la falta de promotores y amplificadores endógenos eficientes. Otros problemas son el silenciamiento de genes, la degradación proteolítica y la baja eficacia de transformación.

La expresión de proteínas heterólogas puede ser mejorada en el futuro debido al desarrollo de fuertes promotores, elementos reguladores óptimos y estrategias para un uso de codones óptimo.

Aunque no hay estudios centrados en la proteólisis de las proteínas heterólogas en Chlorella, existen diferentes estrategias para minimizar este problema como son el direccionamiento de la proteína a orgánulos específicos (ej. cloroplasto) o la adición de inhibidores de proteasas sin afectar al crecimiento normal de la microalga.

Se están estudiando distintos métodos de transformación para Chlorella como son la electroporación, el bombardeo de partículas, la inserción mediada por polietilenglicol (PEG) y por Agrobacterium para hacer frente a la baja eficacia de transformación.

Figura 1: Métodos de transformación de Clorella. B: electroporación. C: bombardeo de partículas. D: Método mediado por PEG. E: Método mediado por Agrobacterium. Liu, J. et al. (2016)

A pesar de estos inconvenientes Chlorella tiene un futuro prometedor ya que se puede utilizar como sistema de expresión heteróloga integrado a la producción de bioactivos de alto valor añadido propios del alga. Esto le hace competitiva frente a otras plataformas de expresión debido a la reducción de los costes de producción.

Bibliografía:

  • (Última visita: 17, diciembre de 2016). http://algaecongress.com/
  • Liu, J. et al. Chlorella species as hosts for genetic engineering and expression of heterologous proteins: Progress, challenge and perspective. Biotechnology Journal. 2016, julio. DOI: 10.1002/biot.201500617
  • Why algae?. UC San Diego 9500 Gilman Dr. La Jolla, CA 92093 (858) 534-2230. (Última visita: 17, diciembre de 2016). http://algae.ucsd.edu/about/why-algae/

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