Puntos clave
- Predominio de la transferencia génica: Más del 90 % de los estudios aplicados utilizan métodos convencionales de ingeniería genética (ADN heterólogo). Mientras tanto, herramientas de precisión como CRISPR representan una frontera naciente, aunque en rápido crecimiento.
- Dualidad funcional celular: Las microalgas eucariotas modificadas destacan por la síntesis de proteínas complejas, lípidos y pigmentos. Por su parte, las cianobacterias procariotas se orientan a la producción de alcoholes, polioles y terpenoides.
- Dominio de cepas modelo: Tres géneros concentran la mayoría de los desarrollos exitosos: el alga verde eucariota Chlamydomonas y las cianobacterias procariotas Synechocystis y Synechococcus.
- Impacto en salud y acuicultura: El sector biofarmacéutico lidera las aplicaciones potenciales, seguido de cerca por la bioenergía, la alimentación humana y la nutrición animal, donde estos organismos actúan como fábricas de péptidos antimicrobianos y vacunas orales.
La creciente demanda global de soluciones sostenibles ha posicionado a las microalgas en el centro de la bioeconomía circular. Estos microorganismos fotosintéticos poseen la capacidad natural de capturar CO₂ atmosférico y transformar la luz solar en biocompuestos de alto valor. Sin embargo, para alcanzar los rendimientos que exige la industria, la investigación se ha volcado hacia la ingeniería genética y las nuevas técnicas de edición genómica (NGT, por sus siglas en inglés).
Al respecto, un estudio realizado por investigadores de Agroscope y publicado en la revista Reviews in Aquaculture analiza de forma sistemática casi cuatro décadas de avances en la manipulación genética de microalgas y cianobacterias. Esta revisión detalla las cepas clave, los rasgos optimizados y sus proyecciones comerciales para el mercado actual.
Evolución de las herramientas genómicas y métodos de transferencia génica
Un reciente análisis bibliométrico revela que la mejora genética de microalgas industriales comenzó a finales de los años 80 y registró un crecimiento exponencial a partir de 2009. Aunque la transferencia directa de ADN ha sido la estrategia dominante, las técnicas de silenciamiento por ARN surgieron en 2013 con un impacto modesto. Por su parte, la edición génica con CRISPR-Cas irrumpió en 2016 y hoy alcanza su pico más alto de adopción gracias a su simplicidad de diseño, bajo costo y capacidad de edición múltiple (multiplexado).
En cuanto a la introducción del material genético en la célula, los métodos físicos superan sustancialmente a los biológicos:
- Electroporación y biolística (bombardeo de partículas): Son las técnicas más utilizadas por su alta eficiencia para atravesar paredes celulares rígidas sin requerir protoplastos.
- Agitación con perlas de vidrio: Muy empleada en laboratorios por su bajo costo, aunque resulta limitada en cepas de pared gruesa, salvo que se utilicen mutantes específicas.
- Conjugación y transformación natural: Vías biológicas aplicadas principalmente en cianobacterias procariotas.
En términos de distribución, el 71,8 % de los estudios evaluados introdujo genes heterólogos (de otras especies), el 22,1 % modificó genes endógenos y un 6 % combinó ambos enfoques para optimizar rutas metabólicas complejas.
Las cepas estrella: eucariotas frente a procariotas
El mapa sistemático identificó más de 60 cepas modificadas pertenecientes a 10 géneros principales. De este total, el 54,6 % correspondió a microalgas eucariotas y el 45,4 % a cianobacterias procariotas.
Microalgas eucariotas
El alga verde Chlamydomonas reinhardtii lidera con solvencia la investigación en eucariotas, representando el 26,6 % del total de los estudios. Su genoma completamente secuenciado y el desarrollo de herramientas moleculares para su cloroplasto (plastoma) la convierten en un chasis fotosintético ideal para expresar proteínas recombinantes y péptidos terapéuticos. Le siguen en importancia comercial géneros oleaginosos e industriales como Chlorella (5,8 %), la diatomea Phaeodactylum (5,5 %), Schizochytrium (4,1 %), Nannochloropsis (3,4 %) y Dunaliella (2,4 %).
Cianobacterias procariotas
En el ámbito procariota, los géneros Synechocystis (20,7 %) y Synechococcus (18,5 %) concentran la gran mayoría de las investigaciones, acompañados por Anabaena (4,5 %). Su metabolismo flexible permite canalizar el carbono fijado directamente hacia la producción de compuestos volátiles y precursores químicos.
Rasgos mejorados y sectores de aplicación industrial
Los investigadores contabilizaron 581 casos de rasgos metabólicos optimizados. La expresión de proteínas representó el 25,1 % de los casos, seguida por la acumulación de lípidos (19,1 %), la producción de pigmentos (10,8 %), alcoholes y polioles (8,8 %), terpenoides y ceras (8,4 %), e ésteres y ácidos (6,5 %).
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Al analizar los sectores económicos receptores, la salud humana y la biomedicina ocupan el primer lugar (23,6 %), seguidos por la bioenergía (20,3 %), los alimentos y bebidas (15,5 %), la agricultura y nutrición animal (10,7 %) y la cosmética (8,3 %).
Oportunidades estratégicas para la acuicultura
En la producción animal y la acuicultura, las microalgas modificadas no se proyectan únicamente como un insumo proteico básico, sino como sistemas de entrega dirigidos (delivery systems) y aditivos funcionales de alto valor:
- Vacunas orales y biocontrol: Transformación de microalgas como Chlamydomonas, Schizochytrium o Dunaliella para expresar antígenos víricos (como la proteína VP28 contra el virus del síndrome de la mancha blanca en camarones o glicoproteínas contra el virus de la septicemia hemorrágica viral en peces).
- Alternativa a los antibióticos: Producción de péptidos antimicrobianos (como la mytilina A o la lactoferricina) que combaten bacterias patógenas de los géneros Vibrio o Aeromonas en el tracto digestivo de peces y moluscos, mitigando la resistencia bacteriana.
- Enzimas digestivas: Expresión heteróloga de fitasas para optimizar la solubilización y absorción del fósforo en especies monogástricas.
- Pigmentación y nutrición: Biosíntesis optimizada de carotenoides de alto valor como astaxantina, cantaxantina y zeaxantina, junto con la secreción continua de ácidos grasos poliinsaturados omega-3 (EPA y DHA).
Conclusión
La manipulación genómica de microalgas ha evolucionado desde pruebas de concepto en fisiología vegetal hacia una plataforma madura para la biomanufactura de moléculas de alto valor. Aunque la adopción industrial a gran escala enfrenta desafíos normativos y elevados costos de escalamiento en fotobiorreactores, la consolidación de herramientas de precisión como CRISPR y la biología sintética cloroplástica acelerarán la disponibilidad de cepas optimizadas. En la acuicultura, estas microalgas avanzadas ofrecen una vía sostenible para sustituir medicamentos químicos, fortalecer el sistema inmunitario de las especies cultivadas y garantizar la seguridad alimentaria global.
La investigación fue financiada por el programa de investigación e innovación Horizon Europe de la Unión Europea (Acuerdo de Subvención n.º 101061015) en el marco del proyecto GeneBEcon.
Contacto
Irene Gallego
Research Division Agroecology and Environment, Agroscope
Zurich, Switzerland
Email: irene.gallego@agroscope.admin.ch
Referencia (acceso abierto)
Gallego I., M. Meissle, and J. Romeis, “Genome Manipulation in Microalgae: A Systematic Map on Improved Traits, Strains, and Their Commercial Applications,” Reviews in Aquaculture 18, no. 4 (2026): e70178, https://doi.org/10.1111/raq.70178.
Editor de la revista digital AquaHoy. Biólogo Acuicultor titulado por la Universidad Nacional del Santa (UNS) y Máster en Gestión de la Ciencia y la Innovación por la Universidad Politécnica de Valencia, con diplomados en Innovación Empresarial y Gestión de la Innovación. Posee amplia experiencia en el sector acuícola y pesquero, habiendo liderado la Unidad de Innovación en Pesca del Programa Nacional de Innovación en Pesca y Acuicultura (PNIPA). Ha sido consultor senior en vigilancia tecnológica, formulador y asesor de proyectos de innovación, y docente en la UNS. Es miembro del Colegio de Biólogos del Perú y ha sido reconocido por la World Aquaculture Society (WAS) en 2016 por su aporte a la acuicultura.
