Los empresarios del sector de la acuicultura se enfrentan a un problema:extraer todas las moléculas valiosas de las algas y las células de las algas sigue siendo realmente difícil. Pero las enzimas marinas y los imanes ahora facilitan la eliminación de moléculas preciosas e incluso pueden convertir microalgas en 'vehículos' guiados magnéticamente para la administración de fármacos dirigida.

Las células de algas contienen todo tipo de sustancias útiles, como los omegas que se utilizan en complementos alimenticios, proteínas, antioxidantes para productos de belleza, y productos químicos orgánicos que se utilizan para fabricar alternativas biodegradables al plástico.

Desafortunadamente, más de la mitad de las sustancias que se encuentran en las algas no se pueden recolectar.

'El problema con el proceso industrial de extracción de alginato (un tipo de ácido que se encuentra en las algas marinas utilizadas en productos farmacéuticos) es que el 60% de la biomasa no se podrá utilizar para nada más, 'dijo el Dr. Kévin Cascella, un biólogo marino molecular y director de proyecto para un proyecto llamado GENIALG.

El proyecto utiliza enzimas marinas para garantizar que todas las moléculas útiles que se encuentran dentro de las células de las algas se puedan extraer para uso industrial.

Como resultado de los avances logrados en la secuenciación de próxima generación y el análisis del genoma completo de las bacterias que viven en las algas, GENIALG pensó que se podrían desarrollar métodos relevantes para superar la obstinada pared celular de las algas.

Comenzaron por la cría selectiva de algas marinas para obtener tasas de crecimiento más altas y un mejor rendimiento. al igual que los agricultores tradicionalmente han criado ganado para obtener la mejor leche, pero con una dimensión añadida. Mediante el uso de técnicas de análisis genético, el equipo está identificando las regiones del genoma vinculadas a rasgos específicos. Este podría ser el contenido de lípidos de una célula de alga, por ejemplo. Los lípidos son particularmente interesantes para los nutracéuticos, la industria de los suplementos dietéticos.

Luego, los investigadores analizaron cómo mejorar la extracción física y bioquímica de biomoléculas.

Los procesos industriales actuales implican romper las células de las algas marinas triturando o presionando. De este modo, las células pasan por un proceso de fraccionamiento para separar el contenido de las células líquidas de las partes sólidas. Próximo, los compuestos se eliminan con enzimas, que actúan como tijeras biológicas, rompiendo la pared celular en lugares específicos. Se utilizan enzimas específicas para generar y liberar biomoléculas valiosas particulares.

Enzimas marinas

Los investigadores de GENIALG en la Estación Biológica Roscoff, Francia, han estado trabajando en enzimas marinas durante los últimos 20 años, y creen que han encontrado algunas enzimas bacterianas que podrían producir mayores rendimientos que las comerciales.

'Los diferentes tipos de combinaciones de enzimas permiten la degradación de la pared celular de las algas, 'dijo el Dr. Cascella, agregando que estas combinaciones generan diferentes tipos de moléculas. El equipo prueba las nuevas moléculas para ver qué hacen y si podrían ser útiles en aplicaciones médicas o de otro tipo.

El equipo tiene dos plantas piloto de biorrefinería y está construyendo un biobanco, donde los científicos y el público en general pueden estudiar cepas de algas en diferentes puntos de su ciclo de vida. Según el Dr. Cascella, ya han encontrado un compuesto en particular que tiene el potencial de afectar las células cancerosas, que actualmente están investigando con más detalle.

Las enzimas no son el único medio de recolectar esos compuestos buscados. Otro método que están investigando otros científicos implica el uso de imanes.

Para que crezcan las microalgas, fotosintetizar y producir las biomoléculas valoradas por diferentes industrias, deben estar suspendidos en agua y tienen acceso a una fuente de luz. Pero la luz no viaja a través del agua de manera uniforme, y las células de microalgas se mueven libremente.

El proyecto VALUEMAG pensó que los imanes podrían mantener las células de microalgas constantemente cerca de una fuente de luz para que pudieran realizar la fotosíntesis a la velocidad máxima. Insertan diminutas nanopartículas de hierro dentro de las células de microalgas para 'magnetizarlas', utilizando un nuevo dispositivo desarrollado por el proyecto. Luego, las células se extienden a través de un cono con una superficie magnética y se alimentan con un flujo constante de agua y luz. Esto asegura que estén produciendo tantas biomoléculas como sea posible.

Imanes

Cuando llega el momento de recolectar esas biomoléculas útiles, los imanes se utilizan una vez más.

El equipo primero utiliza un proceso llamado 'CO supercrítico ₂ extracción 'para romper las células de microalgas.

Cuando las células se rompen, los investigadores se quedan con una solución de extractos de microalgas y nanopartículas. Para eliminar las moléculas que quieren, como proteínas o lípidos, el proyecto utiliza una nueva técnica que desarrollaron llamada 'separación magnética selectiva', dice el profesor Evangelos Hristoforou, el director del Laboratorio de Sensores Electrónicos de la Universidad Técnica Nacional de Atenas, Grecia, y coordinador del proyecto de VALUEMAG.

El método consiste en cubrir las nanopartículas con ligandos, pequeñas moléculas que se unen a otras moléculas, como una especie de velcro bioquímico. El ligando es atraído específicamente por una molécula diana en particular y, por lo tanto, "atrapará" la molécula relevante. Debido a que la nanopartícula está magnetizada, La exposición de la mezcla a un imán permite extraer de la mezcla la molécula atrapada, así como el ligando y la nanopartícula. Un último paso separa el ligando y la nanopartícula, y se libera la molécula.

Como los dos métodos no requieren ningún producto químico, los extractos son seguros para comer o usar en cosméticos.

La investigación de VALUEMAG también tiene aplicaciones biomédicas potenciales. Los científicos descubrieron que las células de microalgas magnetizadas podrían reemplazar a las células madre humanas que se utilizan para administrar fármacos.

Terapia celular

En la actualidad, Las células madre humanas se inyectan con medicamentos que se guían a través del cuerpo y se liberan en un punto específico. La técnica se llama terapia celular, pero el problema con esto es que las células madre humanas pueden ser rechazadas por el cuerpo o peor aún, volverse canceroso.

Las microalgas no tienen este tipo de problema.

Las células de microalgas pueden inyectarse con nanopartículas de hierro y el fármaco que debe liberarse en el cuerpo. Luego, un médico puede guiar las células mediante imanes al lugar correcto dentro del cuerpo, por ejemplo, Los medicamentos para combatir el cáncer de hígado deben liberarse cerca del hígado.

'No pueden crecer en nuestros cuerpos porque no son células humanas, 'dijo el Dr. Angelo Ferraro, biólogo jefe de VALUEMAG. 'Y son menos inmunogénicos, para que puedan utilizarse como vehículo para terapias clínicas ”.