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Éxito en la ingeniería metabólica de las microalgas para sintetizar el valioso antioxidante astaxantina

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By Milthon Lujan

Japón.- Un grupo de investigación liderado por el profesor Hasunuma Tomohisa del Engineering Biology Research Center de la Kobe University ha logrado sintetizar el pigmento natural astaxantina utilizando la cianobacteria marina de rápido crecimiento Synechococcus sp. PCC7002.

Este proceso requiere luz, agua y CO2 para producir la astaxantina del huésped de cianobacterias a un ritmo más rápido y con menores riesgos de contaminación que los métodos anteriores de síntesis biológica de esta sustancia. Además, el análisis metabólico dinámico reveló que la producción de astaxantina mejora el metabolismo central de Synechococcus sp. PCC7002.

Se espera que estos desarrollos puedan utilizarse para satisfacer la demanda de astaxantina en las industrias farmacéutica y nutricional, entre otras, en el futuro.

Pigmentos de microalgas

Los carotenoides son pigmentos que se encuentran en la naturaleza; el más conocido es el beta-caroteno, que se encuentra en zanahorias entre otras verduras, frutas y plantas. Varios estudios sobre diferentes carotenoides han sugerido que pueden proteger contra el cáncer, el envejecimiento prematuro y las enfermedades degenerativas.

La astaxantina (carotenoide rosado) es el antioxidante más fuerte entre los carotenoides conocidos. Se utiliza como colorante natural en las industrias de acuicultura, cosmética, nutrición y farmacéutica, entre otras, debido a su mejora de las respuestas inmunes y las propiedades antiinflamatorias. Por ejemplo, se utiliza como aditivo en la alimentación de pollos y peces.

Actualmente, la mayoría de la astaxantina que se comercializa se sintetiza químicamente a partir de productos petroquímicos. Esto permite producir grandes cantidades para satisfacer la demanda. Sin embargo,existen preocupaciones sobre la seguridad del consumo de astaxantina sintetizada a partir de productos petroquímicos, y como resultado, la demanda de astaxantina natural está aumentando.

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Antecedentes de la investigación

La microalga de agua dulce Haematococcus pluvialis produce astaxantina naturalmente y es responsable de los puntos rosados de astaxantina que comúnmente se aprecia en las aves. Para la producción comercial de astaxantina, Haematococcus requiere un proceso complejo de 2 etapas. Después de la primera etapa, Haematococcus se coloca bajo condiciones de estrés inductivo, como falta de nitrógeno o alta irradiación de luz. Esto induce a la planta a formar hematocistos y produce astaxantina en la segunda etapa. Sin embargo, el crecimiento lento en la primera etapa y la subsecuente deterioro de la célula en la segunda etapa incrementa el riesgo de contaminación. Además, la alta irradiación de luz extrapola los costos de producción.

Consecuentemente, los métodos actuales de producir astaxantina natural no son viables comercialmente para la producción a gran escala. Se espera que este poderoso carotenoide antioxidante pueda utilizarse más para el consumo humano en las industrias de nutrición y farmacéutica si se desarrollan formas más eficientes de producirlo biológicamente.

El estudio actual aceleró la tasa de crecimiento y redujo los riesgos de contaminación en la astaxantina biosintetizada. Los investigadores lograron producir astaxantina utilizando la especie de algas azul-verdes de rápido crecimiento, o cianobacteria, Synechococcus sp. PCC7002 como huésped. Esta alga no produce inherentemente astaxantina, sin embargo, al integrar genes codificadores en ß -caroteno en Synechococcus, los genes expresados solo requieren de agua, luz y CO2 para producir astaxantina. Este método de una sola etapa no requiere someter a las células a condiciones de estrés y permitió que se produzca astaxantina en un período de tiempo más corto en comparación con el método Haematococcus. Además, se propone que la concentración de sal en Synechococcus también podría reducir el riesgo de contaminación.

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Referencia:
Tomohisa Hasunuma, Ayako Takaki, Mami Matsuda, Yuichi Kato, Christopher John Vavricka, Akihiko Kondo. 2019. “Single-stage astaxanthin production enhances the non-mevalonate pathway and photosynthetic central metabolism in Synechococcus sp. PCC 7002”. ACS Synthetic Biology doi: 10.1021/acssynbio.9b00280. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.9b00280 

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