Descripción, producción y uso en un sistema de acuicultura multitrófica de una microalga extremófila y su consorcio microbiano asociado

Resumen

Las microalgas son organismos fotoautótrofos con la capacidad de suministrar nuevas fuentes de energía, nuevas biomoléculas y con amplio interés en alimentación humana y animal. Cultivar estos microorganismos de crecimiento rápido en tierras marginales usando desechos o suministros de agua salina ofrece soluciones prometedoras para la alimentación mundial. Las bacterias y los hongos están inevitablemente asociados con el proceso de producción de una gran mayoría de especies de microalgas. La comprensión de las relaciones específicas entre microalgas y microorganismos asociados podría permitir beneficiarse de ellas con fines biotecnológicos. Producir biomasa de microalgas de manera eficiente a gran escala es un requisito previo en el proceso de producción de valiosos compuestos de microalgas. Las microalgas de ambientes extremos son de particular interés como fuente de compuestos valiosos debido a la plasticidad bioquímica de sus mecanismos de adaptación a las condiciones extremas de sus hábitats. Por otro lado, la creciente demanda de productos marinos, además de la sobrepesca y la contaminación, está causando un serio impacto en los procesos de captura directa del mar. La acuicultura se está convirtiendo en una actividad industrial sostenible alternativa para satisfacer esta demanda. Sin embargo, el aumento en la actividad acuícola implica la generación de agua contaminada por desechos de peces entre otros factores. En este sentido, la Acuicultura Multitrófica Integrada (IMTA) se postula como una variante de la acuicultura con el potencial de resolver el problema de los contaminantes generados, diversificar los negocios y reducir el consumo de agua. Las microalgas tienen un papel importante en la acuicultura. La alimentación de peces a base de microalgas es una fuente de proteínas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos y pigmentos, además las microalgas pueden ser útiles en el papel de los extractores de materia inorgánica dentro del IMTA. Esta tecnología ha sido ampliamente reconocida por ser una gran promesa para la sostenibilidad de la acuicultura. Esta Tesis Doctoral amplía el conocimiento sobre el uso de microalgas de ambientes ácidos en aplicaciones biotecnológicas en general y en acuicultura en particular, utilizando como modelo de estudio la microalga Coccomyxa onubensis. Se ha llevado a cabo un estudio en profundidad de esta microalga, desde su definición como una nueva especie y describiendo las relaciones existentes con los microorganismos asociados a su cultivo, hasta su producción a gran escala, su uso en acuicultura como suplemento en la alimentación de peces y finalmente en la implantación en un sistema multitrófico a escala piloto. C. onubensis se describió como una nueva especie basada en datos de secuencia de ADNr 18S e ITS. Se analizó la capacidad de esta microalga para adaptarse a un amplio rango de valores de pH ácido y alcalino y a una alta salinidad. Se descubrió que cultivos adaptados de C. onubensis producen altas productividades de biomasa desde pH 2.5 a 9, con un máximo a pH 4. Además, C. onubensis también se adaptó a salinidades tan altas como 0.5 M NaCl, alcanzando productividades de biomasa que fueron similar a los de los cultivos control. Desde el punto de vista biotecnológico, C. onubensis se ha descrito como productora de carotenoides de alto valor, especialmente luteína. C. onubensis crece en cultivos líquidos asociados con bacterias y hongos cuyo posible papel en el crecimiento de microalgas es desconocido. Este trabajo intenta contribuir a la comprensión de (i) la dinámica de crecimiento de bacterias y hongos asociados a C. onubensis, (ii) el posible efecto sobre el crecimiento de algas y (iii) la identificación de las principales especies microbianas asociadas. La producción masiva de biomasa de C. onubensis enriquecida con luteína requiere la evaluación de la viabilidad técnica de la producción de biomasa de microalgas en fotobiorreactores a gran escala. Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo que describe la producción de biomasa de microalgas en medio altamente ácido (pH 2.5), en este trabajo se evaluó la producción de la microalga C. onubensis en un fotobiorreactor tubular vertical en exterior. Los resultados muestran una producción estable de biomasa durante al menos un mes manteniendo los valores de pH dentro del intervalo de 2.5-3.0. Además, también se discuten los efectos limitantes de la densidad del cultivo y la baja temperatura en el crecimiento de las algas. En esta tesis se realizó un estudio sobre los efectos de la inclusión de C. onubensis en la dieta de peces sobre el crecimiento de los peces y la digestibilidad de la dieta. Los peces alimentados con dietas suplementadas con C. onubensis aceptaron todas las dietas y no hubo mortalidad en los ensayos de digestibilidad y crecimiento. Además, incluir niveles graduales de biomasa seca de C. onubensis en la dieta no obstaculizó la digestibilidad aparente de los nutrientes y la energía en relación con el tratamiento de control positivo. En conjunto, estos resultados evidencian el uso seguro de C. onubensis en la alimentación de los animales evaluados. Finalmente, se realizó el diseño y puesta en funcionamiento de un sistema IMTA específicamente diseñado para los experimentos descritos en este manuscrito que integraba las siguientes especies vivas: Sparus aurata, la microalga C. onubensis y Ruditapes philippinarum. Particularmente, la microalga extremófila C. onubensis se integró como un extractor de materia inorgánica en el sistema IMTA, mostrando la capacidad de crecer en modo continuo en efluentes de aguas residuales procedentes de cultivo de peces y siendo evaluada su idoneidad como única fuente de nutrientes para alimentar a los moluscos.