Genética, Sistemas de Cultivo

Ingeniería genética para mejorar la rentabilidad de la producción de microalgas

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By Milthon Lujan

Resumen de estrategias para establecer las microalgas como plataforma industrial. Fuente: Gupta et al., (2024); Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Resumen de estrategias para establecer las microalgas como plataforma industrial. Fuente: Gupta et al., (2024); Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Durante milenios, la agricultura ha sido la base de la civilización humana, nutriendo los cuerpos, alimentando las industrias y dando forma a los paisajes. Sin embargo, mientras nuestro planeta se enfrenta a una población creciente y a las duras realidades del cambio climático, las prácticas agrícolas tradicionales enfrentan tensiones sin precedentes.

¿Podemos entonces imaginar un futuro en el que coexistan la seguridad alimentaria, la sostenibilidad de los recursos y la armonía ambiental? La respuesta a esta pregunta la tienen las microalgas.

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Un equipo de científicos de la University of California San Diego publicaron una revisión científica en donde destacan los enfoques innovadores destinados a superar las barreras existentes en el cultivo de microalgas. Estos enfoques incluye una variedad de técnicas, desde la edición de genes, promotores sintéticos y mutagénesis hasta reproducción selectiva e ingeniería metabólica a través de factores de transcripción.

El potencial de las microalgas

Las microalgas, que se encuentran en océanos, lagos e incluso fuentes termales, no son simplemente organismos unicelulares; son potencias de sostenibilidad. Olvídese de vastas extensiones de tierra fértil y agua prístina: las microalgas prosperan en tierras no cultivables y aguas salobres, desafiando las limitaciones de la agricultura tradicional.

¿Y su crecimiento? Las microalgas pueden multiplicar su biomasa hasta 20 veces más rápido que los cultivos terrestres, un punto de inflexión para la eficiencia de los recursos.

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Contenido nutricional

Pero las potencialidades no terminan ahí. Las microalgas son las «navajas suizas nutricionales» de la naturaleza. Están repletos de proteínas, ácidos grasos esenciales como los omega-3 y un arcoíris de vitaminas y minerales. Esto los convierte no sólo en una fuente de alimento alternativa, sino también en un potente suplemento alimenticio para los seres humanos y los animales por igual. Imagine peces más sanos en la acuicultura, una inmunidad mejorada en las aves de corral y una nutrición mejorada en los productos alimenticios cotidianos, todo gracias a estos pequeños titanes.

Producción de biocombustibles

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Más allá de los alimentos, las microalgas ofrecen un rayo verde de esperanza para nuestros problemas energéticos. Se pueden convertir eficientemente en biocombustibles, una alternativa limpia y renovable a los combustibles fósiles. Y sus diversos bioproductos no terminan ahí. Desde bioplásticos y cosméticos hasta productos farmacéuticos y nutracéuticos, las microalgas son un verdadero tesoro de recursos sostenibles.

Captura de carbono

Las microalgas son campeonas en la captura de carbono. Devoran CO2, desempeñan un papel crucial en la mitigación del cambio climático y se alinean perfectamente con nuestros objetivos medioambientales.

Sin embargo, a pesar de su inmenso potencial, persisten desafíos. La producción de biomasa a gran escala y rentable sigue siendo un obstáculo. Pero como verdaderos aventureros científicos, los investigadores están armados con herramientas ingeniosas para superar este obstáculo.

Herramientas para liberar el potencial de las microalgas

Los científicos reportan que se “han utilizado varios métodos para mejorar la producción de biomasa, incluido un mejor diseño de estanques, una mejor protección de cultivos, mejores medios de crecimiento y química del agua, mejorando la eficiencia fotosintética, trabajando con cepas de extremófilos y optimizando el desarrollo de cepas mediante ingeniería molecular, reproducción, selección y evolución in-vitro”.

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Edición genética, promotores sintéticos y mutagénesis son solo algunas de las técnicas de vanguardia que se emplean para optimizar el crecimiento de microalgas y el rendimiento de bioproductos. Imagínese cultivar selectivamente las microalgas para lograr la máxima eficiencia, o ajustar sus vías metabólicas mediante factores de transcripción para producir bioproductos específicos según demanda.

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Estrategias para diseñar microalgas

De acuerdo con el estudio, los esfuerzos para diseñar microalgas tienen como objetivo principal reforzar su viabilidad económica para la producción de bioproductos y biocombustibles.

Asimismo, los científicos reportan el uso de técnicas avanzadas de manipulación genética para “ajustar” el genoma de muchas microalgas, lo que facilita la introducción de características específicas que pueden aumentar significativamente el rendimiento y reducir los costos de producción.

El estudio proporciona un análisis más detallado de cada una de las estrategias (bioprospección, mutagénesis, secuenciación del genoma, edición genética, y promotores sintéticos), examinando los enfoques integrales empleados para optimizar la productividad y la resiliencia de las microalgas para aplicaciones industriales.

Desafíos del diseño de microalgas

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Diversos estudios han destacado que para que el cultivo de microalgas, destinado a la producción de bioproductos, alcance la sustentabilidad financiera es crucial innovar y aplicar estrategias de cultivo que puedan producir biomasa a tasas por encima de 30 g/m2 por día.

Para abordar estos desafíos los autores del estudio profundizan en las siguientes temáticas:

  • Trabajar con microalgas extremófilas y diseñarlas genéticamente.
  • Factores de transcripción y sitios de unión de factores de transcripción en algas extremófilas.
  • Biosíntesis de lípidos y carbohidratos.

Conclusión

La revisión científica ha identificado los métodos contemporáneos que mejoran la calidad de la biomasa de microalgas, incluida la edición de genes y la ingeniería metabólica; y reconoce los desafíos que tenemos por delante y subraya la importancia de centrarse en cepas comercialmente viables.

El futuro de los alimentos, los piensos y los combustibles podría estar en las microalgas; sin embargo, aún persisten desafíos a ser superados. Aprovechando el poder de las microalgas e innovando continuamente para superar los obstáculos existentes, podemos desbloquear un futuro sostenible para las generaciones venideras.

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El estudio ha sido financiado por United States Department of Energy.

Referencia (acceso abierto)
Gupta, A., Kang, K., Pathania, R., Saxton, L., Saucedo, B., Malik, A., … & Mayfield, S. Harnessing Genetic Engineering to Drive Economic Bioproduct Production in Algae. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 12, 1350722.