‘BIOTECNOLOGIA’

Importancia de la espirulina en la acuicultura

Ignacio Plaza Gordo (PhD student en ETSI Agronomos e Investigación en CIB-CSIC)

El consumo de pescado y marisco se remonta al origen del ser humano, y su importancia para la salud son innegables. Es un alimento con alto contenido en proteínas  y una importante fuente de Omega3 y ácidos grasos cardiosaludables.

Tradicionalmente la pesca ha sido la forma más habitual de obtener este recurso, pero en la actualidad la práctica de la acuicultura mundial aumenta una tasa media anual del 6,2 % en el período de 2000 a 2012. Según las últimas estadísticas  (FAO-2012), se  alcanzó un máximo de producción histórico de 90.4 millones de toneladas (peso vivo), de los cuales 66.6 millones corresponden a peces comestibles y 23.8 a plantas acuáticas, principalmente algas marinas.

La acuicultura resuelve varios problemas inherentes a la pesca tradicional,  ya que su explotación no depende de la estacionalidad, deslocaliza la obtención de pescado, pudiendo producirse en las zonas de consumo y es una práctica más sostenible de obtener proteína. Los peces son más eficientes trasformando el alimento en carne que las especies terrestres. Según datos de la FAO los peces tienen una eficiencia de trasformación del pienso de un 65% mientras que pollos y cerdos rondan el 20% y 12% respectivamente.

En los cultivo tipo RAS  comerciales (Sistemas de Recirculación de Agua) con altas densidades de peces, la alimentación juega un papel en el crecimiento y la salud de los peces. Los alimentos en acuicultura tienen que estar muy bien balanceados y con unos altos contenidos en proteína.

Actualmente gran parte de la proteína que se le aporta a los piensos son de origen animal procedentes de harinas de pescado, carne o sangre, pero con precios elevados o bien no se encuentran disponibles en cantidades suficientes para abastecer la demanda de mercado. En la Unión Europea además el uso de proteínas de origen animal está restringido a las harinas de pescado, por lo que es importante encontrar otras fuentes proteicas alternativas. Es destacable que estas nuevas fuentes han de tener un elevado contenido en proteína digestible para permitir sustitución de la harina de pescado.

La espirulina (Arthrospira Platensis) es un alimento natural único de alta calidad, que posee una proteína de gran calidad con un buen perfil de aminoácidos, óptima para la producción acuícola. Además no posee paredes celulares de celulosa lo que implica que no sea necesario un tratamiento previo para hacerla fácilmente digerible, como seria en el caso de la soja. Y por tanto posee una digestibilidad de la proteína de un 84% aproximadamente.

La espirulina porta más cualidades a los piensos, ya que algunos estudios en peces parecen demostrar que tiene propiedades estimuladoras del sistema inmune, así como del crecimiento. Lo que implicaría un menor uso de antibióticos y de materia prima en la producción, reduciendo costes tanto económicos como medioambientales. Entre los beneficios podemos destacar:

  • Incrementa la tasa de crecimiento
  • Mejora la calidad y coloración a la carne del pez.
  • Aumenta la supervivencia.
  • Efecto antioxidante.

Este tipo de beneficios no solo son importantes a nivel de producción industrial. En producciones pequeñas y artesanales tiene una fácil aplicación, ya que el cultivo de spirulina por los propios acuicultores es barata y fácil de implementar.

Actualmente el equipo de Inspira1-CM, está trabajando para descubrir cuáles son las causas y mecanismos que produce estos beneficios, así como las aplicaciones prácticas de esta cianobacteria en la acuicultura, tanto industrial como para autoconsumo.

Fuente:INSPIRA1-CM 2015

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Modificación genética de la espirulina

Amaya Blanco-Rivero (Dpto. Bioquímica y Biología Molecular, UCM)

Las cianobacterias, anteriormente conocidas como algas verde-azuladas, son una de las formas de vida más antiguas de las que tenemos registro fósil. Una de sus características más importante es que, a pesar de ser bacterias son capaces de realizar fotosíntesis tal y como la que realizan  las plantas y las algas. Esto es lo que precisamente las hace tan especiales, puesto que fueron los organismos que la “inventaron” y gracias a ella se produjo la liberación de oxígeno que dio lugar a la formación de nuestra atmósfera  y a la capa de ozono que permite albergar la vida en la Tierra tal y como la conocemos hoy en día.

Estos microorganismos poseen  una gran variedad morfológica, encontrándose especies unicelulares, filamentosas y coloniales; son cosmopolitas, se encuentran en todos los ambientes desde los polos a los trópicos, de los océanos a los desiertos, donde muy a menudo son los únicos seres vivos.

Han resultado ser de enorme importancia para el medioambiente, ya que tienen el potencial para contrarrestar el grave problema de la acumulación de las emisiones de CO2, y su crecimiento se puede acoplar también al tratamiento de aguas residuales.

En el caso concreto de la cianobacteria Arthrospira platensis, conocida coloquialmente como “espirulina”, posee un enorme potencial para su uso en diferentes aplicaciones industriales. En la actualidad tiene gran importancia ya que se cultiva a gran escala para alimentación humana y animal por a su alto valor nutricional. Además la espirulina, como el resto de cianobacterias,  es capaz de sintetizar una gran cantidad de compuestos de gran importancia para el sector nutracéutico y farmacéutico, como por ejemplo antivirales, antibióticos, antioxidantes, inmunoestimulantes o anticancerígenos.

Pero estos microorganismos también pueden ser utilizados en el sector de la bioenergía, ya sea para usos térmicos, eléctricos o para la producción de biocarburantes, por lo que pueden ser consideradas como una fuente de energía renovable.

Este enorme potencial industrial hace de la espirulina una candidata muy atractiva para la manipulación genética (introducción de genes de otros organismos para conferirle nuevas características) con el fin de poder desarrollar nuevas aplicaciones prácticas. Sin embargo, a pesar de su uso extensivo, aún no se han desarrollado herramientas moleculares precisas para su mejora genética, lo que permitiría llevar a cabo  un aumento de la productividad y la eficiencia de cultivos industriales.

Este hecho se debe probablemente a que las cianobacterias, y por tanto también la espirulina, poseen lo que se denomina sistemas de restricción-modificación (RM) que hacen difícil su transformación con ADN “extraño”.

Los sistemas RM son de varios tipos distintos, pero en general reconocen secuencias específicas del ADN propio que están modificadas (metiladas gracias a la acción de enzimas metiltransferasas) en determinados puntos por los mismos sistemas. Cuando un ADN “extraño” entra dentro de la célula, los sistemas RM reconocen la secuencia de ADN y al no presentar el patrón de metilación propio lo degradan (por la acción de endonucleasas de restricción).  Esto evita la infección mediante la destrucción de manera efectiva del ADN extraño introducido por ejemplo por un agente infeccioso. De esta manera, cuando se intentara introducir ADN exógeno a espirulina con el fin de conferirla nuevas características interesantes, los sistemas RM lo reconocerían como si fuera una infección y lo degradarían. Según la literatura científica, A. platensis posee más de 10 sistemas de restricción-modificación que hacen difícil su transformación con DNA exógeno (Fujisawa et al., 2010; Shiraishi y Tabuse, 2013).

Sin embargo, estos sistemas RM pueden ser “engañados”. De hecho ya se ha hecho anteriormente en otras cianobacterias como es el caso de Nostoc sp. PCC 7120. La táctica consiste en clonar las enzimas metiltranferasas en plásmidos que una vez empiezan a replicarse, producen las enzimas que metilarían el  ADN “extraño”  y lo protegería de la degradación ya que la célula lo reconocería como ADN propio.

De esta manera se abre un gran abanico de posibilidades que permitiría  que la espirulina posea nuevas características e incrementar así el interés  para sus aplicaciones biotecnológicas.

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Spirulina y otras cianobacterias como fuente de energía

Lara Mendez,  Cristina Gonzalez-Fernandez (IMDEA Energía):

Las cianobacterias o algas verde-azules son microorganismos procariotas fotosintéticos. Esto quiere decir que, al igual que las plantas, tienen la capacidad de utilizar el oxígeno y luz ambiental para transformarlos en energía que emplearan para su desarrollo. Dentro de las cianobacterias existe gran diversidad  morfológica, pudiendo encontrarse de forma unicelular así como formando colonias o filamentos.

Una especie concreta de cianobacteria a la que se ha prestado especial atención en los últimos años por sus múltiples propiedades, es el género Spirulina (Arthrospira). Esta cianobacteria posee multitud de beneficios como fuente de proteínas, pigmentos y otros productos de valor añadido, así como potenciales aplicaciones en el sector energético.

Además, el cultivo de cianobacterias implica consumo  de CO2 (gas de efecto invernadero) para la realización de la fotosíntesis y su desarrollo metabólico. Este hecho es de particular relevancia puesto que el empleo de este tipo de procesos biotecnológicos supone una disminución en las emisiones de este gas y por tanto una mejora de las condiciones medioambientales.

Actualmente, uno de los focos de investigación en el sector de las energías renovables es el estudio y desarrollo de nuevas materia primas para la producción sostenible de biocombustibles. En este contexto, la producción de biogás a partir de biomasa de algas es  un campo muy prometedor dado que se trata de un proceso en el cual no es necesario un tratamiento exhaustivo de la materia prima. Más concretamente, se evitan las etapas de secado de la biomasa y la extracción de lípidos o carbohidratos como es el caso de la producción de biodiesel y bioetanol, respectivamente.

En el proceso de digestión anaerobia, toda la materia orgánica (carbohidrato, proteína y lípido) es susceptible de ser degradado por los microorganismos anaerobios y convertido en biogás. En el caso de microalgas verdes (eucariotas), uno de los mayores inconvenientes para una producción eficiente de biogás es la pared celular de esta biomasa. La pared celular constituye una barrera natural at ataque de predadores y que por tanto también dificulta su degradación anaerobia.

Para optimizar su degradación anaerobia, las microalgas deben ser pre-tratadas previamente a la digestión para así favorecer la etapa de hidrólisis. De este modo, el uso de la biomasa algal con fines energéticos se ve encarecido pro esta etapa de pretratamiento. Como peculiaridad, las cianobacterias no tienen una pared celular tan robusta como las microalgas, lo cual las convierte en un sustrato más fácilmente biodegradable que las microalgas verdes (Lara Mendez, Ahmed Mahdy, Mercedes Ballesteros, Cristina González-Fernández. Chlorellavulgaris  vs cyanobacterial biomasses: Comparison in terms of biomass productivity and biogas yield. Energy Conversion and Management)

Todos estos factores convierten al cultivo de la cianobacteria Spirulina y su posterior uso en la digestión anaerobia, en una prometedora alternativa a las fuentes energéticas actualmente en uso. De hecho, el cultivo de esta biomasa podría realizarse en agua residual (Giorgos Markou,Iordanis Chatzipavlidis,Dimitris Georgakakis. Cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensisin olive-oil mill waste water treated with sodium hypochlorite. Bioresource Technology 112 (2012) 234–241)  y de este modo acoplar la producción de una forma energética como el biogás a la bioremediación de aguas residuales.  Por todas estas ventajas, el cultivo de cianobacterias para el sector de los energético y medioambiental interesa tanto a centros de investigación como a empresas de nueva creación.

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Curso “Biotecnología de microalgas: Aplicaciones industriales”

El próximo 26 de noviembre realizaremos en las instalaciones del CIB-CSIC el curso “Biotecnología de microalgas: Aplicaciones industriales”. En él participarán investigadores de diferentes centros y universidades, además de empresas y plataformas tecnológicas especializadas en el sector de las microalgas.

El curso está dirigido a estudiantes y profesionales del sector de la biotecnología de microalgas, y sus aplicaciones en las áreas de acuicultura, nutracéutica, farmacéutica, medioambiente y bioenergía, donde se expondrán cuestiones generales a nivel científico, así como identificar los casos de éxito más relevantes a nivel nacional.

El programa consta de una SESIÓN CIENTÍFICA donde se abordarán cuestiones relacionadas con la biología de algas, a nivel microbiológico y bioquímico (diversidad, estructura celular, propiedades fisiológicas, metabolismo, etc.), además de conocer cuáles son las aplicaciones biotecnológicas más habituales y su uso potencial en el mercado.

En la sesión de APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS se expondrán casos prácticos de iniciativas enfocadas a la obtención de productos de alto valor añadido, sistemas de cultivo, biorremediación de aguas, captura y uso de CO2 residual, acuicultura y valorización energética de biomasa (biocarburantes o biogás)

Finalmente se realizará una MESA REDONDA donde debatiremos sobre el “mercado actual de las microalgas y sus expectativas a medio-largo plazo”. Para ello contaremos con responsables de empresas, centros de investigación públicos y privados, universidades y plataformas tecnológicas del sector de la biotecnología, bioenergía y bioquímica.

El curso se enmarca dentro de los objetivos del programa “INSPIRA1-CM”, financiado por la Comunidad de Madrid,  que  tiene como objetivo principal el desarrollo de herramientas biotecnológicas para la mejora genética de la cianobacteria espirulina (Arthrospira Platensis), que  permitirá optimizar la producción de biomasa y su posterior uso en diferentes aplicaciones industriales.

Más información:

http://inspira-cm.org/CURSOS-Y-WORKSHOPS/

Tríptico

 

 

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Nace el Blog “Espirulina”

El nuevo blog de divulgación científica “ESPIRULINA” pretende ser un espacio de interés social y tecnológico donde poder encontrar información sobre la biotecnología de la cianobacteria espirulina y otros tipos de microorganismos fotosintéticos como las microalgas.

En este foro se tratarán temas relacionados con la biología de estos microorganismos, así como sus posibles mejoras genéticas para su uso en diferentes aplicaciones industriales, tales como la producción de piensos para alimentación de peces y la obtención de productos de alto valor añadido para el consumo humano (nutracéutica y farmacéutica).

Hablaremos de forma práctica sobre las diferentes tecnologías de cultivos existentes, economías de escala y métodos de cosechado y procesado, integrados en el concepto de biorefinería.

Además, se abordarán otros aspectos de interés tales como la depuración de aguas contaminadas, captación y uso de CO2, valorización energética de la biomasa o la producción de biofertilizantes. Así mismo se analizarán las diferentes iniciativas de I+D que se estén desarrollando a nivel nacional e internacional.

El blog ESPIRULINA se enmarca dentro del programa “INSPIRA1-CM“, (financiado por la Comunidad de Madrid y fondos FEDER), y será gestionado por el grupo de biotecnología medioambiental del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB-CSIC), donde también participarán los diferentes grupos de investigaciones y laboratorios pertenecientes al proyecto, así como otros especialistas del sector de las cianobacterias y las microalgas.

Esperamos poder contribuir de forma didáctica a este sector de gran potencial social y científico, aportando nuestra experiencia y grado de conocimiento.

 

EL PROGRAMA INSPIRA-1 ESTA FINANCIADO POR LA COMUNIDAD DE MADRID Y COFINANCIADO CON FONDOS ESTRUCTURALES DE LA UNIÓN EUROPEA (FONDO SOCIAL EUROPEO Y FONDO EUROPEO DE DESARROLLO REGIONAL)

- PROGRAMAS DE ACTIVIDADES DE I+D DE LA COMUNIDAD DE MADRID: TECNOLOGÍA 2013-

Ref: S2013/ABI2783 (INSPIRA1-CM): APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA ESPIRULINA

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