De verde brillante a anaranjado intenso: el potencial biotecnológico de la cepa sudcaliforniana de Dunaliella salina

Mónica Bettina Félix Castro¹, Bertha Olivia Arredondo Vega¹, Gracia Alicia Gómez Anduro¹, Mario Rojas Arzaluz².

¹ Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste S.C. Av. Instituto Politécnico Nacional 195, Col. Playa Palo de Santa Rita Sur, 23096 La Paz, B.C.S., México.

² Universidad Autónoma de Baja California Sur, Boulevard Forjadores S/N entre Calle Av. Universidad y Calle Félix Agramont Cota Col. Universitario. La Paz, Baja California Sur, México

Palabras clave: Dunaliella salina, estrés, β-caroteno, DHA.

Dunaliella salina es una microalga verde que puede encontrarse en varias partes del mundo, principalmente en ambientes extremos como lagos hipersalinos y estanques de evaporación de sal, donde, junto con una elevada irradiancia y temperatura, se provocan cambios en esta microalga que le permiten crecer en estas condiciones. Pero ¿Qué hace esta microalga para resistir? Lo que hace es modificar su metabolismo para producir glicerol y pigmentos como el β-caroteno; este último la hace cambiar de verde brillante a anaranjado intenso indicando la acumulación de este pigmento, el cual es un potente antioxidante lo que la pone en la mira para ser usada en empresas de biotecnología.

Dunaliella salina: la microalga estrella del β-caroteno. El β-caroteno puede obtenerse de fuentes naturales como frutas, verduras y organismos como las microalgas donde la microalga D. salina destaca por su elevada producción de β-caroteno. El β-caroteno obtenido a partir de esta microalga presenta una mayor capacidad antioxidante y biodisponibilidad que el que se obtiene de forma sintética lo que aumenta sus beneficios. Además, el consumidor actual tiene una preferencia hacia los productos naturales. Es por estas características que este pigmento es utilizado en la industria de alimentos, farmacéutica y cosmética por sus propiedades colorantes y antioxidantes. Pero esta microalga no solo produce pigmentos, también sintetiza glicerol el cual es empleado en la industria por sus propiedades suavizantes y humectantes, ácidos grasos que pueden ser empleados para elaborar biodiesel y ácidos grasos esenciales como el OMEGA-3 importante en alimentos y salud.

Dunaliella salina nativa. En el CIBNOR trabajamos con la cepa nativa de D. salina (CIBA-29) la cual tiene características muy particulares que la posicionan como una excelente cepa biotecnológica, es decir organismos cuyos compuestos pueden ser utilizados en diversas industrias. Fue aislada en 2014 de un vaso de cristalización en la empresa Exportadora de Sal S. A. (ESSA) en Guerrero Negro, Baja California Sur. Con ella simulamos en el laboratorio las condiciones de cultivo a cielo abierto: agua de mar, sol y temperatura. Para poder comparar, usamos un cultivo “control” (cultivo en color verde), el cual contiene todos los nutrientes y condiciones para que crezca de manera abundante; y el cultivo de “estrés” (cultivo color anaranjado) en la cual eliminamos el nitrógeno del medio de cultivo (disminuyendo el costo del cultivo), elevamos la intensidad luminosa y temperatura promoviendo la acumulación del pigmento β-caroteno (Fig. 1).

Cultivos de Dunaliella salina CIBA-29 bajo condiciones control (a) y estrés (b y c). 

Muy interesantemente, encontramos que la condición de “estrés”, es la que más síntesis de β-caroteno produce, podemos tener hasta 8 veces más de este pigmento en un cultivo con bajo costo de producción (comparado con el control). Además, estudiamos lo que ocurre con los genes de esta microalga para sintetizar los compuestos que le ayudan a crecer bajo estrés, y con esa información mejorar la producción del β-caroteno o metabolitos de interés. Encontramos que aumenta la expresión de los genes fitoeno sintasa y licopeno β-ciclasa, que están involucrados en la síntesis de β-caroteno, lo que nos da la pauta de que pueden ser blancos para mejoras genéticas para la producción de pigmentos.

Además, en el perfil de ácidos grasos encontramos un aumento en los ácidos grasos saturados y monoinsaturados, lo cual es benéfico para la síntesis de biodiesel; y también se obtuvo un aumento en el ácido graso docosahexaenoico (DHA) (C22:6n3) importante antiinflamatorio con propiedades nutricionales.

Nuestros resultados muestran que la cepa nativa de D. salina produce varios compuestos de interés comercial, y ¡mejor aún!, lo hace cuando está estresada por salinidad, sol y falta de alimento. Lo anterior favorece que las condiciones naturales de B.C.S. sean el laboratorio por excelencia de esta microalga nativa para obtención de sus metabolitos y cuyo cultivo contribuiría ecológicamente disminuyendo el CO₂ ambiental y mejorando la calidad del aire de nuestra ciudad.

De los autores: Mónica Bettina Félix Castro. Estudiante de doctorado con experiencia en biotecnología y modificaciones genéticas de microalgas. mfelix@pg.cibnor.mx

Bertha Olivia Aredondo Vega. Investigadora con experiencia en el cultivo, escalamiento y aplicaciones biotecnológicas de microalgas y cianobacterias. kitty04@cibnor.mx

Gracia Alicia Gómez Anduro. Químico Biólogo con Doctorado en Biología Molecular. Interés en aplicación de ciencias para mejorar la vida de comunidades rurales y rancherías. ggomez@cibnor.mx

Mario Rojas Arzaluz. Profesor-Investigador con experiencia en biotecnología y fisiología del estrés de organismos fotosintéticos. ma.rojas@uabcs.mx