Sistemas de Cultivo

Biomateriales inspirados en los corales para mejorar cultivo de microalgas

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By Milthon Lujan

EEUU.- Los investigadores de la Scripps Institution of Oceanography y Jacobs School of Engineering en la University of California, San Diego y sus colegas han diseñado estructuras impresas en 3D, inspirados en los corales, que permiten el cultivo de densas poblaciones de microalgas.

Impulsado por la alta eficiencia fotosintética de la simbiosis coral-algas, los arrecifes de corales se encuentran entre los ecosistemas más productivos del planeta. El rendimiento fotosintético en los corales ha sido optimizado por la evolución en un hábitat competitivo con limitados recursos, conduciendo a eficiente gestión de la luz, altas densidades de células de algas y eficiencias del cuantum fotosintético que se aproximan a los límites teóricos.

Los corales han desarrollado una gran cantidad de geometrías para lograr altos rendimientos fotosintéticos, todos se caracterizan por un tejido animal que alberga microalgas construidos sobre un esqueleto de carbonato de calcio, que sirve como soporte mecánico y como medio de dispersión para optimizar la entrega de luz hacia las algas.

La fabricación de corales biónicos, donde los biomateriales artificiales albergan microalgas vivas, puede ser fundamental para rediseñar las estrategias de gestión de la luz para la generación de bioenergía y bioproductos.

Corales impresos en 3D

Investigadores de Scripps Institution of Oceanography y Jacobs School of Engineering en la University of California, San Diego han desarrollado una plataforma de bioimpresión capaz de imprimir en 3D la materia fotosintética viva que imita el tejido del coral y la geometría de la fuente del esqueleto.

“Los corales biónicos vivos híbridos son capaces de cultivar altas densidades de células de algas de hasta 109 células/mL. Tales hallazgos abren el camino para los biomateriales inspirados en los corales que pueden ser usados en la biotecnología de las microalgas, la conservación de arrecifes de coral y en la investigación de la simbiosis coral-microalga” destacan los investigadores.

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El trabajo financiado por la National Science Foundation, podría conducir a biorreactores compactos y más eficientes para producir biocombustibles basados en las microalgas. También podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la intrincada biología de la relación coral-microalgas, y desarrollar nuevas técnicas para reparar y restaurar los arrecifes de coral.

En laboratorio, las estructuras de coral impresas se usaron como plataformas para cultivar dos especies de microalgas, que aumentaron rápidamente a una densidad 100 veces mayor que en los cultivos líquidos. Las especies fueron Marinichlorella kaistiae, que tiene potencial comercial, y Symbiodinium sp., que viven en asociación con los corales en la naturaleza.

“Los corales son uno de los organismos más eficientes en el uso, captura y conversión de luz para generar energía” dijo el autor principal del estudio Daniel Wangpraseurt. “Y lo hacen en entornos extremos, donde la luz fluctúa y hay un espacio limitado para crecer. Nuestro objetivo aquí era utilizar los corales como inspiración para desarrollar técnicas más productivas para el cultivo de microalgas como una forma de energía sostenible”.

Para construir las estructuras de coral, Wangpraseurt se asoció con en nanoingeniero Shaochen Chen de la UC San Diego, quien se especializa en tecnología de bioimpresión 3D, capaz de reproducir estructuras detalladas que imitan los diseños complejos y las funciones de los tejidos vivos. El método puede imprimir estructuras con una resolución de escala micrométrica en solo minutos.

Wangpraseurt también trabajó con investigadores de Scripps para medir la actividad fotosintética de los corales tanto en cultivos líquidos como en modelo de corales. Los científicos observaron cómo crecían las algas en las estructuras y las formas de maximizar en la imitación de corales.

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Los corales impresos en 3D están diseñado para capturar y dispersar la luz de manera más eficiente que los corales naturales. Ellos consisten de esqueletos artificiales en forma de copa que sostienen el tejido similar al coral.

La impresión tridimensional permite estructuras complejas de múltiples materiales que puedan diseñarse para funciones específicas. Las estructuras de coral están bioimpresas en 3D para el cultivo de microalgas, que servirán como biocombustibles, una fuente alternativa de energía. {mprestriction ids=»*»}

Referencia (acceso abierto):
Wangpraseurt, D., You, S., Azam, F. et al. Bionic 3D printed corals. Nat Commun 11, 1748 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15486-4
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15486-4 {/mprestriction}

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