El alto potencial biotecnológico de las microalgas está determinado por ser productoras de numerosos compuestos bioactivos, entre los que destacan las sustancias antioxidantes y varios tipos de vitaminas, además de polisacáridos, ácidos grasos o triacilgliceroles. Por esta razón, entre otras, las microalgas se han convertido en objeto de enorme interés en las últimas décadas en sectores como la alimentación, la cosmética o las industrias farmacéutica y la bioenergética. Para optimizar el rendimiento de las propiedades de las microalgas de cara a su uso comercial e industrial es precisa su manipulación genética en algunas de las etapas del proceso de producción y éste es el objetivo de la investigación desarrollada por la doctora en Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Huelva Encarnación Díaz Santos.
Según señala esta investigadora, “a pesar de todas las buenas propiedades que poseen las microalgas se hace necesario el uso de herramientas moleculares para la mejora del rendimiento de estos microorganismos en algunas de las fases del proceso, y así poder lograr una industria microalgal económicamente viable en todas sus etapas, competitiva con otros sectores, sostenible y respetable con el medio ambiente”. En este sentido, Díaz Santos apunta a que la recogida de biomasa de microalgas es particularmente importante debido a que es una etapa crítica en el proceso de producción, lo que representa en la actualidad alrededor del 20-30% del coste total. Por tanto, su mejora es esencial para abaratar los costes.
La responsable de este trabajo ha optimizado herramientas moleculares para la manipulación genética de microalgas y su posterior aplicación en la mejora de los métodos de recogida de biomasa microalgal a través de procesos de bio y autofloculación. La floculación es el proceso químico por el que sustancias presentes en un medio líquido se aglutinan para facilitar su decantación y posterior filtrado. Díaz Santos ha evaluado la eficiencia de dos diferentes promotores heterólogos fusionados al gen de resistencia al antibiótico paramomicina (APHVIII) en transformantes de Chlamydomonas reinhardtii obtenidos mediante transformación genética con perlas de vidrio. Aunque el uso de promotores heterólogos supone una herramienta eficiente para la expresión de genes exógenos en microalgas, la búsqueda de promotores endógenos fuertes podría constituir una alternativa viable para encontrar un promotor universal y eficiente para la expresión de exogenes en el mayor número de especies de microalgas.
Por otra parte, la investigación ha desarrollado por primera vez en microalgas la técnica denominada como Promoter Trapping para la identificación de promotores endógenos en Chlamydomonas reinhardtii. Para ello se transforman genéticamente células de esta microalga utilizando el APHVIII como gen marcador, sin ningún promotor que lo preceda. Los transformantes que exhiben un fenotipo más fuerte a la inserción del gen de resistencia a paramomicina (APHVIII) son seleccionados y mediante PCR inversa y posterior secuenciación, se determina la región genómica que precede a dicho gen y si se encuentra bajo la influencia de algún promotor
Microalga con mayor potencial industrial
Los promotores heterólogos junto con el gen APHVIII de resistencia al antibiótico paramomicina se emplean para la transformación genética de Chlorella sorokiniana, una de las microalgas actualmente con mayor potencial y relevancia a nivel industrial y que nunca antes hasta este estudio había sido transformada genéticamente estable. En una primera fase de la experimentación, la doctora Díaz Santos ha realizado la puesta a punto del método de transformación génica mediante electroporación, método elegido por tratarse de un sistema económico, sencillo y fácilmente reproducible. En una segunda fase, la autora ha utilizado estos parámetros de electroporación para transformar células de Chlorella sorokiniana con los promotores heterólogos, previamente elegidos, fusionados al gen APHVIII y su eficiencia ha sido evaluada.
Como uno de los últimos pasos dentro de este trabajo de investigación, la doctora en Bioquímica y Biología Molecular de la Onubense ha desarrollado herramientas fisiológicas y moleculares para la mejora de los procesos de biofloculación. Estas herramientas se hacen necesarias para una óptima y eficiente recolección de biomasa microalgal. Para ello se utiliza el gen FLO, responsable de la floculación en la levadura vínica altamente floculante Saccharomyces bayanus y los resultados obtenidos determinan que, aunque la maquinaria génica de regulación de los genes FLO es compleja, la inserción de este gen en el genoma de una microalga no floculante podría inducir la floculación, abriendo así puertas al entendimiento de los genes que pueden estar implicados en la auto-floculación de microalgas que poseen fenotipo floculante.
“Optimización de herramientas moleculares para la manipulación genética de microalgas y su aplicación en procesos de biofloculación” es una tesis doctoral dirigida por la doctora Rosa María León Bañares y el doctor Javier Vigara Fernández, del departamento Química y Ciencia de los Materiales “Profesor José Carlos Vílchez Martín” de la Universidad de Huelva. El trabajo obtuvo la calificación de sobresaliente cum laude con mención internacional.
