Estudio de elementos esenciales y tóxicos en microalgasuso de Chlorella sorokiniana en la preparación de alimentos funcionales

Resumen

Las microalgas han despertado un enorme interés al tratarse de microorganismos que combinan de forma equilibrada una eficiente fotosíntesis oxigénica, con requerimientos nutricionales sencillos y grandes capacidades biotecnológicas unidas a su estructura celular sencilla, alta tasa de crecimiento, que les permite duplicar varias veces el número de células en un corto espacio de tiempo, así como la capacidad para producir y acumular metabolitos de interés. Se trata de microorganismos muy fácilmente manejables bajo condiciones de laboratorio, que pueden ser utilizadas como modelo vegetal para la investigación de las distintas rutas metabólicas. Esta combinación de célula vegetal y microorganismo de rápido crecimiento ha determinado su selección para el desarrollo de esta Tesis Doctoral. En los últimos años, existe un especial interés por los alimentos que no sólo tengan valor nutritivo sino que además aporten un efecto beneficioso para la salud. En este sentido surge la producción de alimentos funcionales que con nuevas aproximaciones tecnológicas está logrando productos de alto valor añadido, muy bien caracterizados y en los que los aspectos toxicológicos, nutricionales y metabólicos están perfectamente establecidos y controlados. Recientemente se ha destacado las posibilidades que presentan las algas como fuente de sustancias funcionales y como base para la producción de suplementos alimentarios y en particular de compuestos de selenio, elemento con demostradas propiedades terapéuticas en la prevención del cáncer, enfermedades cardiovasculares, del sistema inmune y problemas neurológicos. Las nuevas tecnologías analíticas, en particular el empleo de procedimientos de especiación basados en acoplamientos HPLC-ICP-MS y las técnicas de extracción de especies químicas rápidas y eficaces junto a procedimientos de confirmación de sustancias basados en HPLC-MS-MS o técnicas de masas en tandem (QqQ y Q-TOF), están abriendo nuevas posibilidades en el estudio y caracterización de estos productos. Asimismo, el desarrollo de técnicas metalómicas que utilizan cromatografía multidimensional (SEC-HPLC) y detección ICP-MS, con identificación de metalobiomoléculas por ESI-QqQ-TOF-MS, constituyen herramientas muy poderosas e innovadoras que pueden impulsar los desarrollos biotecnológicos. El presente estudio se centra en la microalga Chlorella destinada al consumo humano y animal, para hacer el seguimiento de los procesos de bioacumulación de yodo y selenio, las formas y especies químicas que se producen, así como el metabolismo que lo acompaña. De esta forma se controla de manera muy eficiente, la producción de especies bioactivas, la aparición de sustancias tóxicas indeseables y el rendimiento global del proceso hasta alcanzar las condiciones óptimas de producción. En paralelo al estudio analítico se desarrolló y optimizó el proceso biotecnológico a nivel de laboratorio, determinándose los límites de tolerancia de estos a elementos esenciales por la microalga objeto de estudio, el perfil de distribución del elemento en las macromoléculas celulares, junto al desarrollo de estrategias biotecnológicas adecuadas para estimulación de la acumulación de éstos. Debido a la facilidad de incorporación de selenio y su alto contenido de selenometionina, convierte a esta microalga en una prometedora candidata para la producción de un alimento funcional rico en dicho elemento. En base a los resultados obtenidos, para conocer la biodisponibilidad del elemento, se empleó un método de bioaccesibilidad in vitro de microalgas enriquecidas en selenio mediante métodos que simulan la digestión gastrointestinal. Asimismo, se han llevado a cabo experiencias de exposición in vivo del ratón Mus musculus a microalgas enriquecidas en selenio. Para ello se ha aplicado un procedimiento metalómico a los extractos citosólicos de diferentes órganos y suero de Mus musculus, con objeto de identificar posibles cambios de expresión de metabiomoléculas asociadas a una dieta rica en Se. Por otro lado, al tratarse de un organismo unicelular, la Chlorella posee un metabolismo más sencillo que permite realizar de forma simplificada ensayos de exposición a elementos tóxicos, extrapolables, posteriormente a organismos más complejos. Lo que convierte a esta microalga en un bioindicador muy adecuado para estudios de toxicidad, contaminación ambiental, así como efectos antagonistas e interacciones entre contaminantes y sustancias protectoras. En este sentido, se ha desarrollado en la presente Tesis un estudio de exposición a mercurio inorgánico, con objeto de determinar las especies y metabolitos metálicos que se originan y las interacciones entre ellos. Comprobándose que el selenio podría contrarrestar la toxicidad del mercurio, como se ha demostrado en las experiencias de alga a metilmercurio y selenometionina, prestando especial atención al posible efecto de la quiralidad de la selenometionina en la reducción del efecto tóxico del mercurio orgánico.