Haematococcus pluvialis, una microalga reconocida por su potente antioxidante astaxantina, es inmensamente prometedora para diversas industrias. Sin embargo, maximizar la producción de biomasa, astaxantina y lípidos simultáneamente y minimizar los costos sigue siendo un desafío.
Una nueva e interesante investigación arroja luz sobre el potencial de la arginina, un aminoácido fácilmente disponible y relativamente económico, como potente bioestimulante para Haematococcus pluvialis.
Un equipo de investigadores liderados por el Prof. Huang Qing de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia China de Ciencias (CAS), y que contó con la participación de investigadores de la University of Science and Technology of China, de la Anhui Jianzhu University y de Mansoura University han demostrado que la suplementación con arginina puede mejorar el crecimiento y la producción de astaxantina de Haematococcus pluvialis (H. pluvialis).
La astaxantina es un potente cetocarotenoide, mejor conocido por sus fuertes propiedades antioxidantes. Se ha utilizado en la industria alimentaria, farmacéutica, medicinal y cosmética.
Arginina: un agente multifacético para mejorar la producción
Este estudio explora el papel multifacético de la arginina exógena en la promoción del crecimiento y la acumulación de astaxantina de Haematococcus pluvialis en condiciones estresantes.
«Hemos estado buscando una forma económica, más rápida y más saludable de producir astaxantina en H. pluvialis», dijo el profesor Huang, «y esto es lo que encontramos».
La investigación revela que la aplicación de arginina ejerce un efecto sinérgico sobre la producción de biomasa, astaxantina y lípidos a través de tres mecanismos clave:
- Utilización mejorada del carbono: La suplementación con arginina mejora la capacidad de las microalgas para utilizar el carbono, proporcionando componentes esenciales para el crecimiento y la producción de metabolitos.
- Vía de la arginina activada: La arginina exógena estimula la vía metabólica de la arginina, lo que lleva a la producción de intermediarios clave involucrados en diversas funciones celulares, incluida la síntesis de astaxantina.
- Regulación genética: La arginina regula positivamente la expresión de genes implicados en la biosíntesis de carotenoides y lípidos, mejorando aún más la producción de estos valiosos bioproductos.
Investigando los mecanismos metabólicos
El estudio profundiza en los genes específicos implicados en la mejora de la producción de bioproductos inducida por la arginina. Se encontró que los genes asociados con el catabolismo de la arginina, como ADC, OCT, ASS1, NOS y OAT, estaban regulados positivamente tanto en la etapa de cultivo como en la de inducción de astaxantina. Este hallazgo resalta el papel crucial del metabolismo de la arginina tanto en el crecimiento como en la síntesis de astaxantina.
Análisis del transcriptoma: revelación de la red subyacente
Para obtener conocimientos más profundos sobre las vías metabólicas influenciadas por la arginina, los investigadores realizaron un análisis exhaustivo del transcriptoma. Los resultados revelaron que la arginina aumentó significativamente los niveles de transcripción de genes involucrados en varias vías metabólicas vitales, que incluyen:
- Fijación de carbono: Esta vía proporciona los componentes básicos para la producción de biomasa y astaxantina.
- Biosíntesis de lípidos: La síntesis mejorada de lípidos aumenta la biomasa general y proporciona precursores para la producción de astaxantina.
- Metabolismo del piruvato: Esta vía desempeña un papel fundamental en la producción de energía y proporciona intermediarios para diversos procesos metabólicos.
- Biosíntesis de carotenoides: Esta vía conduce directamente a la generación de astaxantina.
- Ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo TCA): Esta vía metabólica central genera energía y precursores de diversas biomoléculas.
- Metabolismo de arginina y prolina: Estas vías son cruciales para la tolerancia al estrés y pueden contribuir al crecimiento general y la producción de astaxantina en condiciones estresantes.
Implicaciones y direcciones futuras
Esta investigación innovadora proporciona información importante sobre los mecanismos mediante los cuales la arginina exógena puede mejorar la producción de valiosos bioproductos de Haematococcus pluvialis. Los hallazgos allanaron el camino para desarrollar estrategias rentables y sostenibles para el cultivo de Haematococcus pluvialis, contribuyendo al avance de diversas industrias, incluidas las de nutracéuticos, cosméticos y acuicultura.
Es necesaria más investigación para optimizar la dosis y el momento de la suplementación con arginina para diferentes cepas y condiciones de cultivo. Además, investigar los efectos combinados de la arginina con otros factores de estrés y bioestimulantes podría desbloquear un potencial aún mayor para la producción de Haematococcus pluvialis.
Conclusión
A través de este estudio, los investigadores descubrieron que la arginina actúa activando vías específicas en las algas, controlando ciertos genes relacionados con los carotenoides y lípidos, mejorando la forma en que las algas utilizan el carbono y aumentando la expresión de varios genes implicados en la producción de lípidos y astaxantina. Esta combinación de efectos da como resultado un mejor crecimiento de algas, niveles más altos de astaxantina y una mayor producción de lípidos.
Al desentrañar los secretos de la influencia de la arginina en el metabolismo de Haematococcus pluvialis, los investigadores y profesionales de la industria pueden aprovechar esta poderosa herramienta para desbloquear una nueva era de producción de microalgas sostenible y eficiente.
El estudio ha sido financiado por la National Natural Science Foundation of China.
Contacto
Qing Huang
CAS Key Laboratory of High Magnetic Field and Iron Beam Physical Biology
Institute of Intelligent Machines, Hefei Institute of Physical Sciences
Chinese Academy of Sciences
Hefei 230031, China.
Email: huangq@ipp.ac.cn
Referencia
Adolf Acheampong et al, Exogenous arginine promotes the coproduction of biomass and astaxanthin under high-light conditions in Haematococcus pluvialis, Bioresource Technology (2023). DOI: 10.1016/j.biortech.2023.130001
