Aplicaciones biotecnológicas y medioambientales de la microalga chlorella sorokiniana / biotechnological and environmental applications of the microalga chlorella sorokiniana

Resumen

Las microalgas son un grupo heterogéneo de microorganismos unicelulares fotosintéticos que poseen un gran interés como potenciales fijadores de CO2, productores de biocombustibles, o para la producción de compuestos de alto valor añadido. Además, algunas especies de microalgas pueden utilizar residuos agroindustriales como nutrientes y tolerar altas concentraciones de contaminantes, como los metales pesados, lo que las convierte en sistemas muy prometedores para biomediación. En la presente tesis doctoral se lleva a cabo un estudio de las diferentes aplicaciones biotecnológicas y medioambientales que posee la microalga clorofita Chlorella sorokiniana, una especie robusta y capaz de crecer con una alta tasa de crecimiento, incluso en condiciones adversas. Así, en el Capítulo 3 se muetra como la microalga Chlorella sorokiniana puede cultivarse en condiciones mixotróficas utilizando varios residuos industriales y se optimiza su cultivo en un reactor de 2 L en modo discontinuo con lías oxidadas de la industria vinícola, que resultaron ser la mejor fuente de carbono entre todas las testadas permitieron obtener altas productividades de biomasa (11,0 g L¯¹) y lípidos neutros (38% DW). El capítulo 4 se inicia estudi8ando el efecto de metales pesados y metaloides, como el cobre, el cadmio y el arsénico (en sus estados de oxidación III y V), sobre el crecimiento, la asimilación de nitrógeno de Chlorella sorokiniana, así como sobre la capacidad de acumulación intracelular de dichos elementos, siendo el cadmio el elemento acumulado en mayor cantidad. A continuación, se muestra el efecto de los metales pesados sobre los niveles de expresión génica y de actividad enzimática de varias enzimas antioxidantes, y enzimas de la ruta de asimilación del nitrógeno y el azufre, observándose que, en general, la mayor parte de estas enzimas se inducen en presencial del metal. Finalmente, se presenta un estudio proteómico cuantitativo que compara la expresión de diferentes proteínas de Chlorella sorokiniana en presencia y ausencia de cadmio. Este estudio muestra que ciertas rutas metabólicas, como la fotosíntesis, la fosforilación oxidativa, la glucólisis o la biosíntesis de proteínas ribosomales se ecuentran inhibidas en presencia de cadmio. Sin embargo, otras rutas como la fotorrespiración, las enzimas antioxidantes, la gluconeogénesis, la asimilación de nitrógeno y azufre o la biosíntesis de ciertos aminoácidos, se encuentran inducidas en las mismas condiciones. En el Capítulo 5 se describe la optimización de la transformación nuclear de Chlorella sorokiniana mediante electroporación, utilizando difrentes promotores heterólogos. Entre ellos, el que proporcionaba mayor eficiencia de la transformación y mejor expresión, tanto a nivel génica como de proteínas, fue el promotor CaMV 35S. Además, se muestra el desarrollo de un método de criopreservación a -80º C, utilizando etilenglicol al 5% v/v como criopreservante. Este método permite mantener la viabilidad celular de los transformantes obtenidos durante periodos de 365 días. Finalmente, en el Capítulo 6, se compara el perfil aminoácidico de 57 microalgas pertenecientes a 7 phyla y 38 genera, entre las que se incluye Chlorella sorokiniana. En el estudio se analizan tanto los aminoácidos estructurales como los aminoácidos libres. Se han determinado 17 aminoácidos mediante GC-MS, siendo mayoritarios, de manera general, glutamato/glutamina y aspartato/asparragina. Por otro lado, el phylum miozoa y las microalgas Ochromonas sp. y Chroomonas salina presentaron mayor contenido de aminoácidos esenciales y, por tanto, mayor valor nutricional. Además, se ha conseguido establecer una relación entre el perfil de aminoácidos libres y el grupo toxonómico al que pertenencen las especies estudiadas.