Aplicaciones biotecnológicas de los eucariotas acidófilos
El cultivo y la explotación de los microorganismos extremófilos ha despertado interés debido a su capacidad para acumular compuestos de alto valor, incluyendo varios metabolitos, enzimas y tensioactivos. Los recientes estudios genéticos sobre las algas acidófilas pueden conducir a nuevas aplicaciones biotecnológicas. Durante la última década, se ha informado de varios enfoques biotecnológicos que utilizan microalgas acidófilas con la industria alimentaria (producción de carotenoides, bioacumulación de lípidos) y la biorremediación de entornos contaminados por metales como principales áreas de interés.
Microalgas acidófilas como suministro de alimentos: El uso de las microalgas como fuente de alimento para los seres humanos y los animales ha ido aumentando desde principios de la década de 1950. Las microalgas pueden representar una valiosa fuente tanto de vitaminas como de ácidos grasos y, debido al alto contenido en proteínas de algunas especies, también podrían tener potencial para la fabricación de reservas alimentarias tanto para humanos como para animales. Aunque las microalgas suelen ser organismos fotosintéticos, algunas especies son capaces de crecer en condiciones heterotróficas. Esta posibilidad abre un prometedor campo de investigación, mediante el uso de fermentadores baratos en lugar de costosos foto-biorreactores, lo que permite altas densidades de células de microalgas y, por tanto, altos rendimientos. En este sentido, las especies de Galdieria resultan especialmente interesantes, ya que crecen entre un pH de 1,5 y 2,0, lo que evita la contaminación con bacterias patógenas, que es uno de los principales problemas de los cultivos de microalgas a gran escala. Los cultivos heterótrofos de Galdieria sulphuraria contienen altos niveles de ficocianina, un pigmento utilizado como colorante en alimentos y cosméticos, así como marcador fluorescente en diagnósticos médicos. Además, las especies de Galdieria también tienen un importante potencial como fuente de proteínas y otros macronutrientes debido al alto contenido en proteínas de sus paredes celulares. Las dificultades para introducir ingredientes a base de microalgas en muchos alimentos se deben al fuerte color verde y a la susceptibilidad de las moléculas lipídicas a la oxidación, pero las características peculiares de G. sulphuraria tienen el potencial de superar estos obstáculos. El análisis nutricional de 43 cepas de Galdieria mostró que eran ricas en proteínas (26%-32%) y polisacáridos (63%-69%), pero contenían cantidades relativamente pequeñas de lípidos. En condiciones de cultivo heterotrófico, la fracción lipídica contenía principalmente ácidos grasos monoinsaturados, lo que sugiere que la biomasa de G. sulphuraria tiene un uso potencial como ingrediente alimentario tanto para aplicaciones ricas en proteínas como en fibra dietética insoluble.
Se han notificado algunos problemas relacionados con el uso de la biomasa microalgal como fuente de alimento directo para los animales, incluyendo su alto contenido en ácidos nucleicos y su posible contaminación, y se ha planteado la preocupación por la potencial toxicidad y los efectos a largo plazo sobre la salud humana. Debido a esto, es probable que el uso futuro de la biomasa de microalgas en la industria alimentaria sea principalmente como fuente de nutracéuticos para alimentos funcionales, más que el uso directo de dicha biomasa. Sin embargo, los estudios realizados con la microalga acidófila Coccomyxa onubensis como suplemento dietético en ratas de laboratorio no han mostrado efectos adversos en la salud de las ratas. Además, las dietas suplementadas con C. onubensis mostraron un potente efecto hipocolesterolémico e hipotrigliceridémico en animales de experimentación. Estos resultados apoyan la idea de que las especies acidófilas podrían ser mejores sistemas modelo para investigar el uso potencial de las microalgas en la alimentación animal.
Microalgas acidófilas como fuente de compuestos de interés industrial; carotenoides y lípidos antioxidantes: Las condiciones oxidativas extremas de los ambientes ácidos sugieren que los microorganismos acidófilos deberían expresar mecanismos antioxidantes para defenderse del estrés oxidativo. Por ello, se ha analizado el valor biotecnológico de varias especies de microalgas acidófilas. Chlamydomonas acidophila acumula altas concentraciones de luteína, un conocido antioxidante que también se sabe que acumulan otras microalgas; este compuesto ha despertado recientemente el interés para su uso en el tratamiento de patologías oxidativas como la degeneración macular. El crecimiento mixotrófico de C. acidophila, en términos de producción de carotenoides, dio lugar a una productividad de carotenoides (principalmente luteína) aún mayor que la obtenida con los cultivos fotoautotróficos. Las concentraciones de luteína acumuladas por C. acidophila en estas condiciones (alrededor de 10 g/kg de peso seco) se encuentran entre las más altas reportadas para una microalga. Se obtuvieron resultados similares con Coccomyxa onubensis (alrededor de 6 g de luteína/kg de peso seco).
En los últimos años también se ha considerado el uso de microalgas como fuente de biocombustible de carbono neutro. Las metodologías actuales de biocombustible de microalgas suelen depender del cultivo de cepas de microalgas de laboratorio con alta producción de lípidos en fotobiorreactores abiertos o cerrados. Desgraciadamente, estas especies de microalgas suelen ser muy sensibles a la competencia de las cepas autóctonas o al estrés ambiental. La contaminación por especies invasoras puede disminuir la productividad de los procesos comerciales, aumentando el precio de la producción. El uso de algas acidófilas de alto contenido en lípidos que prosperan en condiciones de cultivo restrictivas que reducen el riesgo de contaminación podría ayudar a resolver los problemas de contaminación. Los cultivos de microalgas acidófilas Scenedesmus spp. y una Pseudochlorella sp, han demostrado acumular una gran cantidad de lípidos de almacenamiento (30% del peso seco) al cultivarlas en estanques abiertos que contienen ácido sulfúrico (generado a partir de aguas de drenaje de minas), aguas termales ácidas o residuos industriales, lo que demuestra su potencial uso en la industria de los biocombustibles de próxima generación.
Aunque el conocimiento actual de los mecanismos de acumulación de aceite en las microalgas es relativamente escaso, estudios recientes han aportado información sobre cómo aumentar el aceite celular mediante manipulación genética en algas modelo manejables como Chlamydomonas reinhardtii, y también procedimientos de transformación en varias otras especies de algas. Estos desarrollos y un mayor cribado de cepas de algas procedentes de ambientes ácidos podrían mejorar la productividad del aceite y la biomasa en estanques abiertos ácidos en el futuro.
Eucariotas acidófilos y biorremediación: Normalmente, el elevado consumo de agua en las operaciones mineras da lugar a grandes cantidades de aguas residuales contaminadas con metales pesados, sales y otros compuestos inorgánicos diversos. Las técnicas tradicionales de tratamiento del agua, como la ósmosis inversa y la filtración por membranas, consumen mucha energía y son costosas, por lo que el uso de microorganismos para eliminar los metales pesados y otros materiales inorgánicos potencialmente dañinos en las aguas residuales es una alternativa prometedora. Las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) han llamado la atención por su potencial biotecnológico en la eliminación de contaminantes, especialmente los metales pesados. Los microorganismos acidófilos podrían desempeñar un papel importante en este ámbito, ya que su producción de EPS es varios órdenes de magnitud superior a la de las especies neutrófilas. El potencial de remediación de metales pesados mediante el cultivo de biopelículas de microalgas acidófilas endémicas se ilustró con agua enriquecida en fósforo procedente de una refinería de níquel. Se demostró que las microalgas autóctonas similares a la Chlorella y las biopelículas eliminaban hasta un 25% del total de los metales presentes. Además, se ha explorado el uso de Galdieria sulphuraria para la recuperación de metales, y en particular de metales de tierras raras. G. sulphuraria fue capaz de recuperar los iones lantanoides presentes a sólo 0,5 mg/L con más del 90% y, a un pH entre 1,0 y 1,5, los lantanoides fueron secuestrados de forma mucho más eficiente en la biomasa celular.