Aplicações biotecnológicas de eucariotas acidófilas
Cultivo e exploração de microrganismos extremófilos tem atraído interesse devido à sua capacidade de acumular compostos de alto valor, incluindo vários metabolitos, enzimas e surfactantes. Estudos genéticos recentes sobre algas acidófilas podem levar a novas aplicações biotecnológicas. Durante a última década, várias abordagens biotecnológicas utilizando microalgas acidófilas têm sido relatadas com a indústria alimentar (produção de carotenóides, bioacumulação lipídica) e a bioremediação de ambientes contaminados por metais como as principais áreas de interesse.
As microalgas acidófilas como fonte alimentar: A utilização de microalgas como fonte alimentar para seres humanos e animais tem vindo a aumentar desde o início da década de 1950. As microalgas podem representar uma fonte valiosa de vitaminas e ácidos gordos e, devido ao elevado teor de proteínas de algumas espécies, podem também ter potencial para o fabrico de géneros alimentícios tanto para humanos como para animais. Embora as microalgas sejam geralmente organismos fotossintéticos, algumas espécies são capazes de crescer em condições heterotróficas. Esta possibilidade abre um campo promissor de investigação, através da utilização de fermentadores baratos em vez de foto-bioreactores caros, permitindo altas densidades de células microalgas e, portanto, rendimentos elevados. A este respeito, as espécies da Galdieria são de particular interesse, pois crescem entre pH 1,5 e 2,0, prevenindo assim a contaminação com bactérias patogénicas, que é um dos principais problemas das culturas de microalgas em grande escala. As culturas heterotróficas de Galdieria sulfuraria contêm altos níveis de ficocianina, um pigmento utilizado como corante em alimentos e cosméticos, bem como um marcador fluorescente em diagnósticos médicos. Além disso, as espécies da Galdieria também têm um potencial significativo como fonte de proteínas e outros macronutrientes devido ao elevado conteúdo proteico das suas paredes celulares. As dificuldades na introdução de ingredientes à base de microalgas em muitos alimentos devem-se à forte cor verde e à susceptibilidade das moieties lipídicas à oxidação, mas as características peculiares da G. sulphuraria têm o potencial de ultrapassar estes obstáculos. A análise nutricional de 43 estirpes da Galdieria mostrou que eram ricas em proteínas (26%-32%) e polissacáridos (63%-69%) mas continham quantidades relativamente pequenas de lípidos. Em condições heterotróficas de cultivo, a fracção lipídica continha principalmente ácidos gordos monoinsaturados, sugerindo que a biomassa de G. sulphuraria tem uma utilização potencial como ingredientes alimentares tanto para aplicações alimentares ricas em proteínas como para aplicações ricas em fibras alimentares insolúveis.
Têm sido relatados alguns problemas relacionados com a utilização de biomassa microalgalar como fonte alimentar directa para animais, incluindo o seu elevado teor de ácidos nucleicos e possível contaminação, e tem sido manifestada preocupação quanto à potencial toxicidade e efeitos a longo prazo na saúde humana. Devido a isto, a utilização futura da biomassa de microalgas na indústria alimentar será provavelmente principalmente como fonte de nutracêuticos para alimentos funcionais, em vez da utilização directa de tal biomassa. No entanto, estudos realizados com as microalgas acidófilas Coccomyxa onubensis como suplemento dietético em ratos de laboratório não mostraram efeitos adversos na saúde dos ratos. Além disso, as dietas suplementadas com C. onubensis demonstraram um potente efeito hipocholesterolemico e hipotrigliceridémico em animais experimentais. Estes resultados apoiam a ideia de que as espécies acidófilas podem ser melhores sistemas modelo para investigar o potencial uso de microalgas na alimentação animal.
As microalgas acidófilas como fonte de compostos de interesse industrial; carotenóides anti-oxidantes e lípidos: As condições oxidativas extremas dos ambientes ácidos sugerem que os microrganismos acidófilos devem expressar mecanismos anti-oxidantes para se defenderem do stress oxidativo. Por esta razão, foi analisado o valor biotecnológico de várias espécies de microalgas acidófilas. Chlamydomonas acidophila acumula altas concentrações de luteína, um conhecido antioxidante também conhecido por ser acumulado por outras microalgas; este composto atraiu recentemente interesse para utilização no tratamento de patologias oxidativas tais como a degeneração macular. O crescimento mixotrófico de C. acidophila, em termos de produção de carotenóides, resultou numa produtividade ainda maior de carotenóides (principalmente luteína) do que a obtida com culturas foto-autotróficas. As concentrações acumuladas de luteína de C. acidophila nestas condições (cerca de 10 g/kg de peso seco) estão entre as mais elevadas reportadas para uma microalga. Resultados semelhantes foram obtidos com Coccomyxa onubensis (cerca de 6 g de luteína/kg de peso seco).
A utilização de microalgas como fonte de biocombustível neutra em carbono também tem sido considerada nos últimos anos. As actuais metodologias de biocombustível com microalgas dependem geralmente do cultivo de estirpes de laboratório de alta produção de microalgas em foto-bioreactores abertos ou fechados. Infelizmente, estas espécies de microalgas são normalmente altamente sensíveis à competição por estirpes indígenas ou a tensões ambientais. A contaminação por espécies invasoras pode diminuir a produtividade dos processos comerciais, aumentando o preço da produção. A utilização de algas acidófilas altamente lípidas que prosperam em condições de cultura restritivas que reduzem o risco de contaminação poderia ajudar a resolver os problemas de contaminação. Culturas de microalgas acidófilas Scenedesmus spp. e uma Pseudoclorella sp.., demonstraram acumular uma grande quantidade de lípidos de armazenamento (30% do peso seco), cultivando-os em lagos abertos contendo ácido sulfúrico (gerados a partir de águas de drenagem de minas), fontes quentes ácidas ou resíduos industriais, demonstrando a sua potencial utilização na indústria dos biocombustíveis da próxima geração.
Embora o conhecimento actual dos mecanismos de acumulação de óleo em microalgas seja relativamente escasso, estudos recentes produziram informação sobre como aumentar o óleo celular através da manipulação genética em algas de modelo traçável, tais como Chlamydomonas reinhardtii, e também procedimentos de transformação em várias outras espécies de algas. Estes desenvolvimentos e um novo rastreio de estirpes de algas de ambientes ácidos poderiam aumentar a produtividade do petróleo e a biomassa em lagos abertos ácidos no futuro.
Acidophilic eukaryotes e bioremediation: Tipicamente, o elevado consumo de água nas operações mineiras resulta em grandes quantidades de águas residuais contaminadas com metais pesados, sais e vários outros compostos inorgânicos. As técnicas tradicionais de tratamento de água, tais como a osmose inversa e a filtração por membranas, são energéticas intensivas e dispendiosas, e a utilização de microrganismos para remover metais pesados e outros materiais inorgânicos potencialmente nocivos nas águas residuais é uma alternativa promissora. As substâncias poliméricas extracelulares (EPS) têm atraído a atenção devido ao seu potencial biotecnológico na remoção de contaminantes, especialmente metais pesados. Os microrganismos acidófilos podem desempenhar um papel importante nesta área, uma vez que a sua produção de EPS é várias ordens de magnitude superior à das espécies neutrofílicas. O potencial para a remediação de metais pesados que crescem microfilmes endémicos de algas acidófilas foi ilustrado com água enriquecida com fósforo proveniente de uma refinaria de níquel. Mostrou-se que as microalgas e biofilmes indígenas do tipo Chlorella removiam até 25% do total de metais presentes. Além disso, foi também explorada a utilização de sulfurosos da Galdieria para a recuperação de metais, e particularmente de metais terrestres raros. G. sulphuraria conseguiu recuperar iões de lantanóides presentes a apenas 0,5 mg/L com mais de 90% e, a pH entre 1,0 e 1,5, os lantanóides foram sequestrados de forma muito mais eficiente na biomassa celular.