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Microalgas: micro-máquinas productoras de compuestos con alto potencial biotecnológico

MARÍA CONCEPCIÓN LORA VILCHIS. MÉXICO ES CIENCIA. EL SOL DE MÉXICO.

Las microalgas son células fotosintéticas de tamaño microscópico que viven, principalmente, en ambientes acuáticos tanto marinos como de agua dulce; estas células aprovechan la energía luminosa para transformar compuestos inorgánicos o nutrientes (como fuentes de nitrógeno, fósforo, carbono y otros elementos) en compuestos orgánicos tales como proteínas, carbohidratos y grasas, debido a que poseen pigmentos fotosintéticos llamados clorofilas. Las microalgas son productoras primarias y la base de las cadenas alimenticias acuáticas; además, generan casi la mitad del oxígeno de nuestro planeta.

Entre sus usos principales, se encuentra ser alimento vivo en acuicultura de moluscos, crustáceos y zooplancton para alimentación de peces. La producción de pigmentos antioxidantes y ácidos grasos esenciales (omega 3 y omega 6) que pueden ser empleados como complementos alimenticios para animales o para humanos y, más recientemente, la producción de moléculas diversas empleadas en medicina son otros posibles usos.

A raíz de la crisis de los energéticos derivados del petróleo, otra aplicación sugerida es la producción de biocombustibles, ya que algunas especies pueden generar desde 30 hasta 70 por ciento su peso seco de lípidos.

¿Cómo se realiza el cultivo de las microalgas?

Las microalgas requieren de un medio ambiente que deberá contener los nutrientes en solución acuosa, con salinidad, temperatura e iluminación adecuadas a los requerimientos de cada cepa. Los sistemas de cultivo pueden ser de dos tipos, abiertos y cerrados. Los primeros son más económicos, pero de baja productividad; los segundos son de mayor costo y mayor productividad.

Algunos problemas del cultivo son: cuando éste crece, se produce un autosombreado, esto es, las células superficiales obstruyen la iluminación a las de zonas más profundas; también es necesario eliminar el oxígeno fotosintético que puede ser tóxico. Por lo anterior, se requiere mover el cultivo, ya sea mediante el uso de agitadores de paletas, suministro de un flujo de aire o por el bombeo de un flujo de agua; lo común en todas las opciones es el gasto de energía, que en el caso de agitadores de paletas puede ser alto. Otros problemas que presentan los sistemas abiertos son: variaciones en la temperatura según la época del año, una tasa de evaporación y el requerimiento de suministro de agua dulce para compensarla, la posible contaminación de diversos tipos.

Producción de lípidos a partir de microalgas

Las especies de microalgas altamente productoras de lípidos se conocen como oleogénicas. Algunas de estas tienen la posibilidad de incrementar su producción de lípidos cuando se someten a estrés. Los métodos de estrés más comunes incluyen el déficit de nutrientes, especialmente, nitratos y, en el caso de las diatomeas, además, el déficit de silicatos. De esta manera, los niveles de producción de lípidos pueden incrementar de 10 a 20 por ciento del total del peso seco. Un problema aún sin resolver es que la deficiencia de nutrientes redunda en un cese del crecimiento celular, por lo que aún cuando las células tengan un aumento en la composición lipídica, en realidad puede haber un descenso de la biomasa total.

Producción de biodiesel a partir de microalgas

Lo primero que se requiere es extraer la biomasa de las microalgas con un mínimo de agua para de ahí obtener los lípidos, es decir, todas las grasas contenidas en las microalgas; esto incluye la fracción de ácidos grasos, lo que sirve para la síntesis de biocombustible. Para la producción de biodiesel se necesita transesterificar los ácidos grasos, para lo cual se hacen reaccionar con metanol a alta temperatura para formar metil esteres de ácidos grasos. La quema de estos metil esteres, o biodiesel en presencia de oxígeno, es lo que genera la energía.

Lo anterior es una panorámica general de la problemática para la producción de biodiesel a partir de microalgas. El balance entre la energía incluida y la extraída, incluso en los sistemas más eficientes, no es demasiado diferente, por lo que, actualmente, no se puede considerar rentable, a menos que la cantidad de cultivo sea muy grande (miles o millones de litros de cultivo).

Lo anterior ha impulsado a continuar las investigaciones desde diferentes aspectos que incluyen la búsqueda de cepas con mayor contenido de lípidos, el incremento de la eficiencia en el cultivo, la cosecha, el reciclado de medio de cultivo, la extracción de los lípidos y en la transesterificación mediante métodos menos tóxicos. Todo esto debería redundar en un menor costo de producción, comparable al costo de los combustibles derivados del petróleo, que en la actualidad aún resulta elevado.

En el Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR) hemos aislado cepas de microalgas con mayor potencial productor de lípidos, algunas también con alto potencial productor de ácidos grasos esenciales (omega 6), mismas que se han integrado a la colección de microalgas del CIBNOR. Actualmente, estamos trabajando en el estudio de la ecofisiología y nutrición de algunas de las cepas más productivas; esto nos permitirá determinar métodos más eficientes de producción y nos abrirá otras posibilidades de aplicación biotecnológica en mercados con mayor rentabilidad.

Autora

La doctora María Concepción Lora Vilchis es responsable académico del Cepario de Microalgas e investigadora de la línea de biotecnología de plancton del Programa de Acuicultura del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR). Contacto: [email protected]

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