Aislamiento, caracterización y manipulación genética de microalgas marinas para la producción de compuestos de alto valor añadido

Resumen

Las microalgas son un grupo de microorganismos fotosintéticos con gran atractivo debido su simple estructura y carácter unicelular, lo que facilita su cultivo y manipulación genética (Capítulo 1). En la actualidad, existe un creciente interés en las microalgas como fuente de compuestos de alto valor añadido como son vitaminas, antioxidantes, lípidos, proteínas, etc. Es más, su rápido crecimiento en el exterior las hace candidatas para la producción a granel de muchos compuestos, incluido biodiésel, aunque sus aplicaciones comerciales ene ste sentido son aún limitadas. La mejor estrategia para encontrar microalgas bien adaptadas a las condiciones climatológicas locales, capaces de crecer a altas velocidades y producir al mismo tiempo diferentes compuestos de interés biotecnológico es la selección de nuevas estirpes autóctonas. En el capítulo 2, se describe el aislamiento y caracterización de una nueva estirpe de microalga aislada de las marismas del Río Odiel. La nueva microalga perteneciente al género Picochlorum, es capaz de crecer a una alta tasa de crecimiento y sobrevivir a condiciones adversas. Las características de su perfil lipídico la hace una prometedora candidata para la producción de biodiésel, igual que su alto contenido en los carotenoides luteína y zeaxantina indican que la microalga podría ser una buena fuente natural de suplementos vitamínicos oculares. No obstante, para que una producción de biodiésel basada en el cultivo de esta microalga sea económicamente factible, el contenido en lípidos debe ser significativamente incrementado-. En el capítulo 3 se ha optimizado el método de cultivo de la microalga con el objetivo de mejorar el contenido en lípidos neutros. La optimización del modo de operación, del contenido inicial de nutrientes y del diámetro del bioreactor permitió incrementar hasta cuatro veces la biomasa final alcanzada en cultivos de Picochlorum sp HMÍ. Por otro lado, mediante el cultivo de la microalga en condiciones mixotróficas y carencias nutricionales, se ha inducido la síntesis de lípidos neutros. La carencia de nitrato y fosfato en el medio de cultivo incrementó el contenido en lípidos neutros en 2,27 y 2 veces respectivamente. Con un método de cultivo en dos fases se podría conseguir valores en lípidos hasta 10 veces mayores que en el cultivo control. La manipulación genética de microalgas es una estrategia prometedora aclamada por muchos como la mejor aproximación para obtener sistemas productores de compuestos de interés comercial. A pesar del interés biotecnológico de las microalgas, actualmente no existen métodos estables para la transformación genética de muchas estirpes de estos microorganismos y la mayoría del trabajo realizado en este campo ha sido llevado a cabo con un par de estirpes. En el capítulo 4 se han establecido aproximaciones a sistemas de transformación genética de microalgas marinas. En este trabajo se han utilizado las microalgas Tetraselmis suecica, Dunaliella salina y, la recientemente identificada, Picochlorum sp HMl debido a su potencial biotecnológico en la producción de compuestos de alto valor añadido. Las condiciones de transformación para las tres estirpes fueron optimizadas utilizando el gen que otorga resistencia a paramomicina (APHVII1) y el gen que otorga resistencia a zeocina (BLE), ambos bajo el control de diferentes promotores heterólogos. El metabolismo lipídico es una red en la que están involucrados cientos de proteínas y muchos compartimentos subcelulares, incluyendo a los plastidios, retículo endoplásmico y gránulos lipídicos. La enzima Acil-CoA-diacilglicerol aciltransferasa (DGAT) juega un importante papel en la biosintesis de triacilglicéridos, siendo la última enzima de su ruta de síntesis. Este tipo de lípidos tiene un alto valor debido tanto a su uso en nutrición animal y humana, como para la producción de biocombustibles de tercera generación. En el capítulo 5 se ha sobreexpresado el gen EpDGATl de la planta borraginácea Echium pitardi, en la microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii, mediante la transformación con un vector binario de expresión. De los transformantes obtenidos, se han seleccionado dos en los que se ha observado alta expresión del gen y una acumulación constitutiva de hasta un 30% más de lípidos neutros que en el cultivo control. Esta es la primera vez que se consigue sobreexpresar este gen en Chlamydomonas reinhardtii con resultados satisfactorios, abriendo una línea prometedora del estudio de la ruta de síntesis de ácidos grasos en esta y en otras microalgas, así como representa una valiosa herramienta para el desarrollo de productos de alto valor añadido de microalgas.