Las microalgas son un grupo diverso de microorganismos fotosintéticos con reproducción celular simple, permitiendo un mayor crecimiento celular, que es clave desde el punto de vista ecológico, ya que son la base que soporta la cadena trófica acuática, representando el 50% de la productividad fotosintética del planeta, lo que significa que de éstas proviene mucho del oxígeno que respiramos.
Existen más de cien mil especies diferentes de microalgas en los distintos cuerpos de agua (lagos, ríos, océanos) o incluso en suelos. Es por eso que, aunque muchas de ellas son benéficas –buenas- algunos tipos de algas como las cianobacterias (ej. verde-azules) son consideradas –villanas- debido a que producen toxinas peligrosas para el humano.
Bajo condiciones de altas temperaturas y concentraciones altas de nutrientes, entre otros factores, estas algas aumentan su crecimiento de forma explosiva, generando las llamadas “floraciones o blooms microalgales” tanto en aguas marinas como dulces. Desde la antigüedad, marineros relataban haber contemplado mares de colores o descritas en el Éxodo “…y toda el agua del río Nilo se convirtió en sangre”. Ahora sabemos que son las mareas rojas de dinoflagelados, que pueden cubrir cientos de kilómetros cuadrados de extensión, denominándolas “zonas muertas” por los niveles tan bajos de oxígeno y elevados de fósforo y nitrógeno.
En el 2014, sobre el Lago Erie en Ohio (Estados Unidos de América) se incrementó de forma alarmante su crecimiento, afectando por su toxicidad a más de cuatrocientos mil residentes del área que la utilizan como agua potable. Otro de los casos más conocidos, es la contaminación de toxinas microalgales en moluscos de consumo humano, es la saxitoxina, producida por dinoflagelados del género Alexandrium, de la que los mariscos se alimentan, acumulando la toxina lo cual provoca parálisis de quien los consume.
Las microalgas heroínas
Sin embargo, existen microalgas de otros géneros que podemos considerarlas como las heroínas de la película, ya que desde hace algunos años ha crecido el desarrollo de tecnologías que las utilizan como fuente de alimentación. Lo anterior porque contienen ácidos grasos esenciales poliinsaturados como el α-linoleico (ej. Omega-3) que tienen como principal función la reducción de enfermedades cardiovasculares (ej. arteriosclerosis) y proveen de pigmentos fotosintéticos antioxidantes como el β-caroteno. Varios tipos de microalgas (ej. Chlorella) a través de cambios en su ADN, facilitan una mayor síntesis de biomoléculas esenciales para el metabolismo celular como ciertas hormonas (ej. hormona del crecimiento) y proteínas con actividad bactericida como la lactoferrina que actúa contra infecciones diarreicas por Salmonella y Escherichia coli. También producen anticuerpos, vacunas y otras proteínas terapéuticas con un alto atractivo en su manejo en la industria farmacéutica. Y ni de qué hablar, estas extraordinarias microalgas (ej. Thalassiosira) que han sido modelos de estudio en la investigación farmacéutica para el desarrollo de fármacos anti-oncológicos infantiles a través del intercambio del gen “enfermo” por uno correcto, para codificar a ciertos anticuerpos y unirse a células tumorales, actuando como “mochilas” para su administración.
Además, las microalgas se han utilizado en suplementos alimenticios por su alto contenido en vitaminas, carbohidratos (alginatos y agar de elevado interés farmacéutico y alimenticio), etc. Tanto las microalgas (ej. Arthrospira más conocida como Spirulina) como productos derivados, se venden en forma de cápsulas y tabletas, o en aditivos para mejorar el color y la calidad de productos alimenticios, cosméticos y fármacos. Igualmente, son utilizadas en acuicultura en piensos para la pigmentación de ciertos pescados de consumo humano, como el salmón, que en parte debe su color rosado al carotenoide astaxantina, con actividad antioxidante que acumulan microalgas de agua dulce del género Haematococcus cuando se encuentran “estresadas” por intensa radiación solar.
Spirulina como alimento
Por otra parte, el manejo de microalgas transgénicas permite un 30% mayor de producción de biocombustibles como el biodiesel (por mayor síntesis de lípidos) que los aceites de girasol en la reducción de emisiones de CO2 y CO (ej. Chlorella y Scenedesmus), y otros productos derivados como el bioetanol, biopesticidas, biofertilizantes e incluso biopolímeros.
La mártir Emiliania
Estos microorganismos son tan sorprendentes como la peculiar microalga oceánica Emiliania huxleyi, que cuando hay un déficit de nutrientes (fósforo y nitrógeno) en el medio, además de estar en competencia con otras microalgas, muestra elementos de emergencia bloqueando su división celular controlando el suministro energético, pero lo más interesante es que cuando está en inanición, “digiere” sus propios componentes celulares, o estos mismos los pone a disposición de otras microalgas para aprovechar nutrientes al máximo y evolucionar a supermicroalgas resistentes a la carencia de nutrientes.
Microalgas como diseñadoras en arquitectura
Por otro lado, las microalgas se han utilizado en arquitectura ¡Espera! ¿En arquitectura? Si, son aislantes de temperatura en edificios a través de la fotosíntesis, tal es el caso del edificio “Bio Intelligent Quotient” ubicado en Hamburgo, Alemania. En la fachada muestra contenedores en forma de paneles de vidrio que albergan a microalgas ubicados de forma estratégica para absorber los rayos solares produciendo aislamiento térmico y energía verde, reduciendo notablemente emisiones de calor con efecto invernadero. El pabellón “Urban Algae Canopy” en Milán, Italia, que produce O2 equivalente a 4 hectáreas de bosque y en Londres, el proyecto H.O.R.T.U.S que funciona como un prototipo de jardín.
Edificio "Bio Intelliget Quotient" ubicado en Hamburgo, Alemania. Fuente: Slitter-Werk y ARUP
Detalle fachada edificio "Bio Intelliget Quotient" Fuente: Slitter-Werk y ARUP
Las supermicroalgas
Las microalgas sobreviven a una variedad de condiciones, desde ambientes óptimos hasta escenarios extremos en temperatura, pH y luminosidad, entre otros más. Cambios que están ocurriendo en nuestro planeta de forma dramática, afectando negativamente a los ecosistemas, debido al rápido y alarmante crecimiento demográfico y de actividades como la industria, ocasionando reducción de recursos naturales.
La introducción de distintos contaminantes (ej. metales, plaguicidas, etc.) al ecosistema acuático, ocasiona la muerte de diversas especies acuáticas, produciendo alteraciones irreversibles en poblaciones y, por tanto, a la cadena trófica. Algunos contaminantes pueden detectarse, neutralizarse, degradarse o eliminarse a través de tecnologías que implican el uso de microalgas y otros microorganismos como bacterias bajo condiciones específicas. Es aquí donde entran en acción las supermicroalgas.
En la actualidad, en varios países como España (siendo país pionero en la modificación genética de microalgas), Portugal, Italia, Estados Unidos, Chile, Brasil, y en nuestro país (como exploración emergente), se realizan investigaciones y se desarrollan tecnologías ambientales en microalgas para la remediación de ambientes acuáticos contaminados a través de la conservación y protección ambiental, esto impulsa biotecnologías de monitoreo ecológico para la conciencia y educación ambiental. Estos sistemas innovadores se presentan como procesos eficaces y económicos en la eliminación de contaminantes, y como un medio altamente sustentable. Muchos contaminantes como los metales duran de días hasta años en el ambiente, esta persistencia es un factor crítico en la eliminación de contaminantes, ya que interviene en la acumulación y transporte en los organismos.
El prototipo de jardín "digital" a base de microalgas llamado H.O.R.T.U.S. en Londres, Inglaterra.
Fuente: EcoLogicStudio por Claudia Pasquero y Marco Poletto
Las supermicroalgas en la remoción de contaminantes
La clave en la función que desempeñas estas microalgas, está en acumular contaminantes (metales) a través de su absorción como una “esponja” y modificarlos a una forma menos nociva, secuestrando al metal que puede ser encerrado en una especie de burbuja llamada vacuola. Las mutaciones que anteceden a contaminantes a través de la “Teoría sintética neodarwinista” crean a las supermicroalgas resistentes.
Aprovechando esta capacidad, permitirían el diseño y desarrollo de nuevas cepas de microalgas genéticamente distintas con una mayor selectividad a contaminantes, para la detección y remoción de los mismos de los ecosistemas acuáticos. Estos seres fotosintéticos, convierten la energía luminosa en energía química, liberando O2 y fijando el CO2 atmosférico en la oscuridad en la elaboración de carbohidratos como glucosa, o de carbohidratos complejos como la celulosa, alginato, agar, y de proteínas con un elevado potencial para ser utilizados como “captadores” de metales en el tratamiento de aguas residuales.
En investigaciones hechas en España y otros países, reportan más del 80% en la captación y remoción de cadmio, plomo y arsénico usando a supermicroalgas. Así, ciertas ciencias aplicadas pueden crear proteínas con funciones “nuevas” o con mayor unión y transporte del metal dentro y fuera como un chaperón galante acompañando a la dama y ser “programadas” para eliminarlos.
¿Las microalgas como reactores nucleares?
En los años 70’s, el físico francés Francis Perrin descubrió, que ciertas supermicroalgas mutadas (Ej. Chlamydomonas) fueron los primeros reactores nucleares al acumular, sobrevivir y mantener reacciones de fisión nuclear a concentraciones muy altas de uranio radioactivo hace mil setecientos millones de años en aguas subterráneas de Oklo en Gabón, África.
Recapitulando, las microalgas son las verdaderas “Diosa Gaia” que ayudan y protegen al planeta, esta resistencia permitiría un sistema biotecnológico aportando mejores estimaciones en la detección rápida de contaminantes acuáticos a través de un dispositivo que combinaría a las supermicroalgas vs. “microalgas originales” por medio de la fotosíntesis y de mecanismos que las supermicroalgas establecerían para su remoción.
Uso de las microalgas en la producción de biocombustibles
Con esto, estamos ante un panorama en el que las microalgas abren todo un universo de posibilidades con mil y una aplicaciones para mejorar la calidad ecológica, energética y productiva de nuestro bello planeta. Por tanto, en un futuro cada vez más cercano, podríamos “cultivar” microalgas junto con las plantas que mamá tanto quiere en nuestras azoteas o terrazas y a la vez de tener un calentador solar, un tendedero, generaríamos verdadera energía verde, también tendríamos unas mascotas formidables que nos suministrarían “calor de hogar” como un talismán para combatir las energías “negativas” que llegan al planeta.
«Aunque existen microalgas villanas, la mayoría de ellas son benéficas y en un futuro no muy lejano, serán reconocidas como las heroínas de nuestro planeta»
En nuestro Laboratorio de Toxicología Ambiental de la Facultad de Químico Farmacobiología de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, realizamos investigaciones con microalgas con el propósito de evaluar la toxicidad de una gran cantidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos, desde alteraciones en la fotosíntesis y crecimiento, debido a los efectos de los contaminantes en microalgas, hasta la inducción en microalgas de resistencia a metales tóxicos y herbicidas, para desarrollar sistemas de monitoreo y de biorremediación. Lo anterior, con la finalidad de utilizar distintos géneros de microalgas tanto de agua salada como de agua dulce, para la detección en forma rápida de tales contaminantes en diferentes ecosistemas acuáticos, bajo diferentes condiciones de estrés ambiental.
Saber más:
Costas, E. y López-Rodas, V. (2015). Ingenieros nucleares microbianos. Polvo de Estrellas. Blog de Tendencias21 para explicar el Universo elegante en el que vivimos. https://www.tendencias21.net/bes/Ingenieros-nucleares-microbianos_a3.html
Grass, J.E. (2015). Algatectura: Sistemas para diseñar y alimentar a la ciudad por EcoLogicStudio. More than Green. La enciclopedia multimedia de la SOSTENIBILIDAD MEDIOAMBIENTAL, SOCIAL, ECONÓMICA Y CULTURAL en el medio urbano. http://www.morethangreen.es/algatectura-por-ecologicstudio/
De residuos agroalimentarios a aceite para producir biodiésel mediante cultivo de microalgas RETEMA. Revista Técnica de Medio Ambiente. https://www.retema.es/noticia/de-residuos-agroalimentarios-a-aceite-para-producir-biodiesel-mediante-cultivo-de-mic-nAcDq
Entérate. (2015). Científicos mexicanos estudian microalgas para producir biocombustibles. Saber Más, 19:28. https://www.sabermas.umich.mx/archivo/enterate/149-numero-19132/298-cientificos-mexicanos-estudian-microalgas-para-producir-biocombustibles.html
Mora, V. (2013). SolarLeaf. Fachada de algas bio-reactivas. Sostenibilidad Medioambiental, Tecnología, Social, Económica y Cultural en el medio urbano. http://www.morethangreen.es/solarleaf-solar-leaf-fachada-de-algas-bio-reactivas/
M.C. Alondra Alelie Cortés Téllez, estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas, Opción Biotecnología Alimentaria de la Facultad de Químico-Farmacobiología de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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D.C. María Carmen Bartolomé Camacho, Profesor e Investigador Titular del Laboratorio de Toxicología Ambiental, de la Facultad de Químico-Farmacobiología de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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