BIO-214 (UHU) investiga las microalgas extremófilas: la biodiversidad invisible que impulsa la bioeconomía del futuro

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¿Qué líneas de investigación realiza su grupo?

Nuestro grupo, que conforma el Laboratorio de Biotecnología de Extremófilos (BIOTEX) del CIQSO (Centro de Investigación en Química Sostenible), investiga microorganismos —mayoritariamente fotosintéticos— que viven en entornos donde la vida parece casi imposible: aguas hiperácidas como el río Tinto, desiertos extremos, ambientes hipersalinos…

Nos interesan, de manera especial, las microalgas y cianobacterias extremófilas, porque han desarrollado estrategias bioquímicas únicas para sobrevivir, y esas estrategias a menudo se traducen en la producción de compuestos con propiedades útiles para la sociedad: antioxidantes, antiinflamatorios, antimicrobianos; entre ellos, carotenoides, ácidos grasos, polifenoles y ficobiliproteínas.

Nuestro trabajo abarca desde la bioprospección (buscar nuevas especies en entornos extremos) hasta el escalado de la producción en fotobiorreactores, pasando por la caracterización bioquímica y fisiológica de los microorganismos, la extracción «verde» de compuestos de interés y la evaluación de sus propiedades biológicas con potencial en salud, alimentación y química sostenible.

¿Qué proyectos querrían destacar como ejemplos en los que haya participado el grupo?

Por un lado, proyectos de investigación básica y aplicada financiados por convocatorias competitivas nacionales y europeas, donde el objetivo es generar conocimiento sobre estos microorganismos y sus metabolitos, y llevar ese conocimiento hasta la demostración a escala piloto (nivel TRL 4-5 de madurez tecnológica). Por otro lado, contratos de investigación con empresas biotecnológicas, del sector energético o agroquímico, donde el foco está en abordar problemas concretos o desarrollar aplicaciones específicas (por ejemplo, el desarrollo de procesos para obtener microalgas enriquecidas en biomoléculas de valor en salud humana o animal).

Aprovecharía para citar, en este ámbito de la cooperación en I+D con empresas, nuestra participación en sendos proyectos, actualmente en vigor, liderados —respectivamente— por las empresas BioOils, S. L. y New Biosecurity Technologies, S. L.; ambas iniciativas de I+D están destinadas a investigar el empleo de microalgas para producir biomasa enriquecida en moléculas de valor en sus respectivas actividades industriales. Ambas iniciativas ilustran, en definitiva, la implicación y el alto nivel de competitividad creciente, en innovación tecnológica, de empresas industriales andaluzas como las referidas, avalado en estas iniciativas concretas por la obtención de fondos competitivos.

Desde el año 2012, nuestro equipo de investigación participa, de forma continuada, en proyectos de I+D de la UE, lo que nos ofrece la oportunidad de cooperar con centros de investigación y empresas de Europa para abordar retos de la bioeconomía circular, relacionados con la proyección de las microalgas como plataformas para la obtención sostenible de productos biotecnológicos. La formación cualificada de personal investigador joven es una de las consecuencias más valiosas de la participación en consorcios de investigación financiados por la UE.

¿Pueden darnos algunos de los datos obtenidos más relevantes en esos proyectos?

Probablemente, los hallazgos sobre las propiedades únicas de las microalgas de hábitats hiperácidos. Particularmente, los resultados obtenidos con la microalga que usamos como modelo de vida fotosintética en medio hiperácido, Coccomyxa onubensis, aislada del curso alto del río Tinto, en la parte onubense de la Faja Pirítica Ibérica, espacio paisajístico bellísimo de la provincia de Huelva, único en el mundo, y extraordinario en la biodiversidad de sus aguas ácidas.

Nos generó especial satisfacción haber demostrado, en modelos animales y en líneas celulares, que la referida microalga extremófila de ambiente muy ácido, cuando se cultiva bajo condiciones que estimulan determinadas vías de su metabolismo, permite obtener extractos con propiedades antiinflamatorias, antioxidantes, hipolipidémicas e hipocolesterolémicas, estas últimas de magnitud similar a la observada con fármacos de referencia como la atorvastatina. Dicha propiedad abre una puerta al estudio de su uso como ingrediente nutracéutico.

Destacaría también el hecho de haber podido completar su ciclo de producción desde el laboratorio hasta fotobiorreactores a escala piloto, preindustrial; ello supuso describir, por vez primera para una microalga de ambiente hiperácido, su producción en un medio de cultivo que, de forma simplificada, es equivalente a «ácido sulfúrico diluido» más algunos nutrientes, dirigiendo la producción para obtener biomasa enriquecida en luteína, un carotenoide de alto valor. Recientemente, en el marco del proyecto europeo XTREMOLIFE, nuestro laboratorio del CIQSO contribuye, junto a otros socios europeos, a la exploración de microalgas de ecosistemas volcánicos, polares y desérticos en busca de nuevas especies con potencial biotecnológico. La biodiversidad fotosintética extremófila constituye una auténtica reserva de compuestos de valor, que esperan ser revelados.

¿Qué importancia cree que tiene pertenecer al ceiA3 y qué oportunidades de investigación puede aportarles?

El ceiA3 es un paraguas estratégico que potencia lo que hacemos los grupos de manera individual. Para un grupo como el nuestro, que investiga en el ámbito de la biotecnología de microorganismos, pertenecer a un consorcio que aglutina cinco universidades andaluzas con un foco claro en la excelencia agroalimentaria significa una oportunidad de interacción con grupos andaluces de otras disciplinas complementarias, y sirve igualmente de nexo con empresas e instituciones que buscan interlocutores en el ámbito de ingredientes funcionales, biotecnología o química verde. Las redes de excelencia, como el ceiA3, también contribuyen a la visibilidad social de la investigación que se realiza en los laboratorios de los grupos asociados al Campus.

¿Retos de cara al futuro?

Como en cualquier otro equipo dedicado a la investigación, las preguntas pendientes de respuesta son numerosas. El interés de la ciencia por los microorganismos de ambientes muy extremos no es reciente, pero sí lo es el aumento exponencial de investigaciones publicadas sobre extremófilos. Esto significa que es, probablemente, mucho más lo que se desconoce sobre la fisiología, bioquímica y biología molecular de estos microorganismos que lo que ya ha sido revelado.

Nos interesa, por tanto, profundizar en el conocimiento de los mecanismos que permiten a los microorganismos fotosintéticos extremófilos vivir en condiciones aparentemente «casi imposibles» para la vida. Dicho conocimiento básico permite comprender cómo «negociar» con los microorganismos las condiciones para la acumulación de moléculas bioactivas de interés, y para su producción masiva de forma sistemática y controlada. En último término, es un reto poder trasladar al ser humano las ventajas nutracéuticas derivadas del uso de estos microorganismos únicos y de las moléculas bioactivas de sus extractos.

Todo ello pasa por investigar y optimizar las diferentes etapas de la cadena de obtención de moléculas valiosas de extremófilos fotosintéticos: gestión del metabolismo, identificación de bioactividades de interés para la sociedad, extracción de compuestos bioactivos, y producción masiva del microorganismo y de sus extractos. Un aspecto más transversal es la integración de los procesos referidos en marcos de bioeconomía circular: cerrar los ciclos, aprovechar subproductos (la naturaleza química de muchos subproductos industriales permite reintegrar sus elementos químicos, por ejemplo, en biomasa de extremófilos). En definitiva, demostrar que la biotecnología de microalgas extremófilas no es solo ciencia fascinante, sino una palanca real para desarrollar procesos industriales basados en la bioeconomía circular.