Las microalgas no solo son fundamentales para los ecosistemas de la Tierra, sino que también tienen un inmenso potencial biotecnológico. Desde la captura de carbono hasta la producción de bioproductos y biocombustibles de alto valor, las microalgas están allanando el camino para aplicaciones industriales sostenibles.
Sin embargo, a pesar de su vasta biodiversidad, la industria de las microalgas sigue limitada por su dependencia de un número limitado de especies. Este cuello de botella subraya la necesidad urgente de estrategias de bioprospección innovadoras para liberar todo el potencial de estos extraordinarios organismos.
Una nueva investigación ha puesto de relieve la capacidad de las microalgas como solución para combatir el cambio climático, pero los investigadores advierten de que se necesita una “bioprospección inteligente de microalgas” para liberar todo su potencial.
En este escenario, los investigadores de la University of Technology Sydney han publicado una revisión científica en donde destacan la importancia de la bioprospección de microalgas y explora críticamente las metodologías comúnmente empleadas.
El papel de las microalgas en una economía circular verde
Ante el aumento de las emisiones de CO2 y el cambio climático, el desarrollo de economías circulares verdes se ha convertido en una prioridad mundial. Las microalgas, con su excepcional eficiencia fotosintética y su capacidad para fijar el dióxido de carbono atmosférico, están surgiendo como actores clave en esta transición. Estos microorganismos pueden convertir el CO2 en biomasa, que luego puede procesarse para producir biocombustibles, bioplásticos, productos farmacéuticos y otros productos de alto valor. A diferencia de los cultivos tradicionales, las microalgas no compiten por la tierra cultivable, lo que las convierte en una alternativa ecológica para la producción sostenible.
“Las microalgas tienen propiedades notables que las convierten en una herramienta ideal para abordar el cambio climático”, afirmó la autora principal, candidata a doctora Joan Labara Tirado en University of Technology Sydney (UTS).
Las microalgas abarcan un grupo diverso de taxones, que se encuentran en prácticamente todos los hábitats de la Tierra. Esta biodiversidad se traduce en una amplia gama de funciones fisiológicas y composiciones bioquímicas, que ofrecen un tesoro de recursos sin explotar para aplicaciones industriales. Sin embargo, a pesar de este potencial, la industria de las microalgas actualmente explota solo un puñado de especies, lo que limita su capacidad para aprovechar todo el espectro de propiedades biológicas disponibles.
“Por ahora, apenas estamos arañando la superficie”, afirma Labara Tirado. Solo se ha estudiado una pequeña fracción de las miles de especies de microalgas, lo que deja muchas oportunidades sin explotar para la innovación climática.
“Hay miles de especies de microalgas sin descubrir, cada una con propiedades potencialmente únicas que podrían transformar sectores como la bioenergía, la medicina o los bioplásticos”.
El desafío de la bioprospección de microalgas
La bioprospección (la búsqueda sistemática de nuevos recursos biológicos con potencial comercial o biotecnológico) desempeña un papel crucial en la identificación y el desarrollo de nuevas cepas de microalgas para aplicaciones industriales y medioambientales.
Este proceso implica descubrir nuevas especies, analizar sus propiedades bioquímicas y evaluar su potencial para contribuir a las soluciones climáticas. Sin embargo, los esfuerzos actuales de bioprospección se ven obstaculizados por flujos de trabajo ineficientes, métodos de muestreo no selectivos y técnicas de caracterización obsoletas. Estas limitaciones dan como resultado procesos de bajo rendimiento y que consumen mucho tiempo y que no logran adaptarse a la creciente demanda de soluciones sostenibles.
La bioprospección tradicional depende en gran medida de cultivos monoalgales y metodologías no estandarizadas, que a menudo pasan por alto la gran diversidad de especies de microalgas. Este enfoque limitado restringe el descubrimiento de nuevas cepas con propiedades únicas que podrían revolucionar industrias que van desde la energía renovable hasta la atención médica.
Avances en la bioprospección de microalgas: un enfoque transdisciplinario
El descubrimiento de nuevas especies de microalgas con tasas de crecimiento mejoradas, mayor eficiencia de absorción de CO2 o menores demandas de recursos podría reducir drásticamente estos costos.
“Al identificar y aprovechar las especies que prosperan en diversas condiciones ambientales o requieren insumos mínimos, los investigadores podrían allanar el camino para soluciones de secuestro de carbono económicamente más viables”, dijo Labara Tirado.
“Pero para llegar allí, necesitamos una mayor inversión en bioprospección inteligente de microalgas, utilizando tecnología avanzada y métodos de investigación para encontrar y desarrollar nuevas cepas para aplicaciones industriales y ambientales”.
Para mejorar la eficiencia en la bioprospección de microalgas, el estudio de Labara sugiere las siguientes estrategias:
Muestreo Bio-racional
En lugar de muestrear indiscriminadamente, se debe realizar una evaluación crítica de los lugares de muestreo, considerando las presiones ecológicas que puedan generar los rasgos fenotípicos deseados en las microalgas. Este enfoque, conocido como colección y selección bio-racional, incrementa la probabilidad de aislar las microalgas deseadas.
Enfoques multivariados
Combinar el muestreo bio-racional con condiciones de cultivo de laboratorio rigurosas que imiten las presiones naturales. Esto reduce el número de cepas de microalgas a caracterizar, disminuyendo los costos económicos y de tiempo.
Automatización y cultivo de alto rendimiento
Implementar metodologías de cultivo automatizadas y de alto rendimiento, como placas de multi-pocillos y plataformas microfluídicas, que ofrecen un rendimiento superior en términos de tiempo y número de perfiles de nutrientes probados.
Citometría de flujo (FC) y selección celular activada por fluorescencia (FACS)
Utilizar FC para realizar análisis rápidos de muestras ambientales a través de la interrogación de células individuales. FACS permite el aislamiento de poblaciones deseadas basadas en parámetros específicos, revolucionando el aislamiento de microalgas en cultivos monoalgales y áxenos.
Centrifugación de contracorriente
Explorar el potencial de la centrifugación de contracorriente para la separación basada en el tamaño de diferentes taxones de microalgas y sus contaminantes comunes, facilitando el aislamiento monoalgal áxeno.
Identificación molecular avanzada
Implementar Inteligencia Artificial (IA) y tecnologías de identificación molecular para reducir el error humano y el sesgo en la identificación de microalgas. Esto incluye el desarrollo de software de reconocimiento de imágenes basado en aprendizaje profundo y metodologías de metabarcoding de alto rendimiento.
Bioprospección independiente del cultivo
Utilizar enfoques metagenómicos, como Whole Genome Shotgun, para la bioprospección independiente del cultivo. Los avances en la Secuenciación de Nueva Generación (NGS) y los proyectos de secuenciación global permiten la búsqueda in silico de genes que codifican biometabolitos.
Sondeo fluorescente (FP)
Emplear moléculas autofluorescentes o fluoróforos específicos de moléculas para identificar y cuantificar metabolitos objetivo. La integración de FP con FACS o flujos de trabajo de microplacas proporciona niveles de rendimiento superiores a las cuantificaciones de lípidos tradicionales.
Biosensores
Desarrollar plataformas novedosas específicas para metabolitos, como aptámeros, que son pequeñas cadenas de ADN, ARN o péptidos que se unen específicamente a objetivos biomoleculares. Estos aptámeros pueden modificarse y unirse a fluoróforos o Quantum Dots para mejorar la detección.
Electroportación reversible
Utilizar la electroportación reversible, la electro-generación transitoria de poros de membrana temporales, como un método confiable para la entrega intracelular en varios taxones de microalgas. La fracción basada en el tamaño de una muestra no monoalgal y su distribución a través de diferentes gradientes de parámetros de electroportación puede ser esencial para lograr una entrega intracelular eficiente en todos los taxones.
El futuro del biodescubrimiento de microalgas
El potencial de las microalgas para impulsar la innovación sostenible es inmenso, pero para aprovecharlo es necesario un cambio de paradigma en la forma en que abordamos la bioprospección. Según los autores del estudio al adoptar metodologías inteligentes y de alto rendimiento, los investigadores pueden descubrir toda la biodiversidad de las microalgas, descubriendo nuevas especies con propiedades únicas que podrían transformar las industrias y contribuir a un futuro más verde.
A medida que la demanda de soluciones sostenibles sigue creciendo, la bioprospección de microalgas desempeñará un papel fundamental en el desarrollo de las tecnologías necesarias para abordar desafíos globales como el cambio climático, la escasez de recursos y la degradación ambiental. Al fomentar la colaboración entre disciplinas y aprovechar los últimos avances científicos, podemos aprovechar el poder de las microalgas para construir un mundo más sostenible y resiliente.
Conclusión
Las microalgas representan un vasto recurso sin explotar con el potencial de revolucionar las industrias y contribuir a una economía circular verde. Sin embargo, para aprovechar este potencial es necesario superar las limitaciones de los métodos de bioprospección actuales.
El estudio argumenta que para aprovechar plenamente el potencial de las microalgas en diversas industrias, es crucial adoptar un enfoque de bioprospección más estratégico, eficiente y basado en tecnologías avanzadas. Esto permitirá una identificación más rápida y precisa de cepas de microalgas con características deseables, impulsando así la expansión y el éxito económico de la industria de las microalgas.
Contacto
Joan Labara Tirado
Faculty of Science, Climate Change Cluster (C3), Algal Biotechnology & Biosystems, University of Technology Sydney
Sydney, NSW, 2007, Australia
Email: Joan.labaratirado@student.uts.edu.au
Referencia (acceso abierto)
Labara Tirado, J., Herdean, A. & Ralph, P.J. The need for smart microalgal bioprospecting. Nat. Prod. Bioprospect. 15, 7 (2025). https://doi.org/10.1007/s13659-024-00487-3
