La energía verde que viene de las microalgas

Imagen de microalgas a través del microscopio.

Su microscópico tamaño no les impide ser una de las especies más relevantes del planeta. Las microalgas son, junto a las plantas terrestres, las grandes productoras de oxígeno de la Tierra, elemento imprescindible para la vida. Como organismos fotosintéticos también son responsables de la fijación de carbono, es decir, de transformar el dióxido de carbono y el agua en materia orgánica, en carbono, alimento necesario para su propio desarrollo. Además, forman parte del fitoplancton, la base de la cadena alimentaria de los ecosistemas marinos que, a su vez, nutre a especies más grandes.

Pero las funciones de las microalgas se extienden también a la industria alimentaria donde tienen un papel relevante como materia prima para la obtención de carotenoides naturales -pigmentos que se añaden a determinados productos para darles color-, o ácidos grasos poliinsaturados que se incorporan como aditivos a las leches infantiles.

Por otra parte, en el campo de la acuicultura, los microorganismos verdes son el alimento frecuente de bivalvos –moluscos como las almejas, mejillones o berberechos, que tienen dos conchas o valvas- y rotíferos, organismos microscópicos acuáticos.

Junto a estas aplicaciones clásicas hay otras en las que, a pesar del impacto y de los avances logrados en los últimos años, los microalgas aún están en fase de desarrollo. Por ejemplo, la producción de biodiésel, la alternativa ecológica a los carburantes procedentes del petróleo.

Es en este sector donde se desarrolla la actividad de PhycoGenetics, Empresa de Base Tecnológica de la Universidad de Huelva, especializada en la modificación genética de microalgas. “En la actualidad, el cultivo de estos microorganismos para generar biocombustible no es rentable económicamente. Nuestro objetivo es mejorar estos procesos de producción para conseguir un mayor rendimiento a menor coste. Para alcanzar este propósito, manipulamos genéticamente las algas”, explica Rosa León, doctora en Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Huelva, y una de las socias fundadoras de la empresa junto a la doctora en Biología de la Universidad de Huelva Marta Vila y el investigador Antonio Morillo.

La investigadora Marta Vila

Intercambiando genes

La modificación genética consiste en incorporar en un organismo hospedador –en este caso, las microalgas- ADN procedente de otras especies. La soja o el maíz son ejemplos de plantas manipuladas. La alteración genética de bacterias es una práctica habitual en los laboratorios, según señala la investigadora. Pero con las microalgas no ocurre lo mismo. “De las más de 30.000 especies que se han podido clasificar, apenas unas 20 se han modificado y no siempre con buenos resultados”, comenta la experta.

Para que este proceso tenga éxito, apuntan los expertos, el gen que se introduce debe llegar a expresarse, es decir, a integrarse de forma estable en el genoma y a replicarse de manera eficiente. Cuando esto ocurre, el ADN se traduce en proteína. Así, si un gen se expresa quiere decir que la proteína estará presente en el organismo. De lo contrario, carecerá de ella. Y si hay proteínas significa que el organismo es capaz de producir una determinada sustancia.

En las microalgas, la manipulación genética es un proceso complicado porque se producen fallos. “A veces, se incorporan genes que se expresan muy poco o que su expresión se silencia por distintos mecanismos. Por este motivo no hay tantas especies transformadas. Nuestras técnicas van dirigidas a combatir esos pequeños inconvenientes”, prosigue la investigadora.

En este sentido, uno de los mayores logros de la empresa ha sido el desarrollo de nuevos plásmidos. Estos, también llamados vectores, son una especie de medio de transporte que transfieren, replican y reproducen el fragmento de ADN. “La base de la manipulación genética cosiste en conseguir un vector donde el gen que se introduce se exprese con un rendimiento alto”, aclara Rosa León.

Aplicado al ámbito del biodiésel, los plásmidos obtenidos por PhycoGenetics han permitido, por ejemplo, crear algas con alto contenido en aceite, la materia prima de la que procede el biocombustible, o mejorar los procesos de recolección de microalgas, una de las etapas más caras del cultivo a gran escala que, según la experta, puede suponer hasta un 30 por ciento del coste total de la producción.

Las microalgas crecen en tanques donde se reproducen las condiciones del medio de cultivo. Normalmente, son producciones de baja densidad, es decir, poca cantidad de plantas y mucha agua. A la hora de cosecharlas hay que separar ambas partes. Para ello se utilizan procesos como el filtrado, la centrifugación o la floculación. “Se trata de un procedimiento por el que la células presentes en el agua se aglutinan, facilitando así su decantación, es decir, su separación”, aclara la investigadora.

Para aumentar la floculación, los expertos han introducido en las microalgas un gen de una levadura usada en la elaboración de vinos que favorece la aglomeración de las células. De esta forma han conseguido algas con mayor capacidad de floculación lo que se traduce en una disminución del coste económico del proceso de producción.

Cultivos de microalgas en placas.

Alimentos para peces

Junto a la investigación básica, el otro gran pilar de PhycoGenetics es el desarrollo de nuevos productos basados en microalgas. Uno de ellos es el fitoplancton rico en péptidos antimicrobianos – proteínas de origen natural que tienen propiedades antibióticas- cuyo objetivo es reducir la elevada tasa de mortalidad que se da en acuicultura. “El uso de medicamentos o vacunas no se puede aplicar a todas las especies de peces, sobre todo durante la fase inicial de su crecimiento. Una dieta rica en péptidos antimicrobianos puede aumentar la supervivencia de estos animales”, comenta Rosa León.

En este campo, la empresa ha inoculado un péptido antimicrobiano de mejillón en microalgas obteniendo cepas con un alto contenido en estas proteínas. En la actualidad, los investigadores están en conversaciones con otras empresas para realizar estudios de campo, es decir, comprobar que los moluscos alimentados con estas algas presentan una mayor tolerancia a las enfermedades y, en consecuencia, se reduce la tasa de mortalidad.

En esta misma línea de productos orientados a la alimentación de peces, PhycoGenetics ha elaborado un fitoplancton enriquecido con carotenoides que son unos pigmentos que, de forma natural, se encuentran en las microalgas. Entre estos, destaca la astaxantina, responsable del color rosado de salmones o de las gambas. “Cuando estas especies, sobre todo el salmón, se crían en cautividad, dejan de incorporar a su dieta este compuesto y pueden perder su color. Por lo tanto hay que adicionarlo a su alimentación actual mediante algas ricas en astaxantina”, aclara la experta.