La luz solar permite que las algas verdes hagan más que realizar la fotosíntesis. Algunas algas unicelulares en realidad usan la luz para encender y apagar la adhesión de sus flagelos a las superficies, un fenómeno descubierto por primera vez por los físicos del Instituto Göttingen Max Planck de Dinámica y Autoorganización. Estos hallazgos son particularmente relevantes para el desarrollo de biorreactores en los que las algas sirven como materia prima renovable para producir biocombustibles.

En todos los días de la vida, Las algas verdes tienden a ser malas noticias. En clima húmedo, las algas microscópicas unicelulares forman una capa viscosa en los muebles de jardín y las paredes de las casas; durante los veranos cálidos, forman una espuma en la superficie de estanques de jardín y tanques de tratamiento de agua. Pero las algas verdes también pueden ser beneficiosas. Desde hace años se cultivan algas en biorreactores, en grandes instalaciones compuestas por tubos de vidrio, para producir biocombustibles. Sin embargo, Las algas verdes tienen una propiedad que dificulta este proceso:usar pelos pequeños, conocido como flagelos, se adhieren a las superficies. En biorreactores, esto da como resultado la formación de una biopelícula verde en las paredes de los tubos de vidrio. Como resultado, penetra menos luz en el reactor. La biopelícula reduce la capacidad de otras algas en el reactor para realizar la fotosíntesis, haciendo así el biorreactor menos eficiente.

Chlamydomonas no se quedan en la luz roja

Un equipo de investigación dirigido por Oliver Bäumchen, físico en el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga, ahora ha hecho un descubrimiento que podría impulsar la eficiencia de los biorreactores. "En experimentos con algas verdes, descubrimos que las algas son pegajosas y pueden adherirse a las superficies solo bajo ciertas condiciones de luz, ", Dice Oliver Bäumchen.

El científico se ha centrado en las propiedades adhesivas de los microorganismos durante muchos años. Está principalmente interesado en los flagelos y los mecanismos por los cuales estas diminutas estructuras parecidas a pelos pueden ejercer fuerzas adhesivas sorprendentemente fuertes. Él y su personal idearon un sensor preciso para medir las fuerzas involucradas:una micropipeta de vidrio ultradelgada que puede aspirar a una sola célula de alga verde. Usando la micropipeta, miden la fuerza necesaria para separar una célula viva de una superficie.

Chlamydomonas usa varias proteínas para detectar la luz

Estudiante de doctorado de Bäumchen, Christian Kreis, descubrió que la adhesión de las algas a las superficies se puede controlar mediante la luz. Experimentando con el alga verde Chlamydomonas, descubrió que exhibía constantemente una fuerte fuerza adhesiva solo bajo luz blanca. Bajo luz roja las células no se adhirieron a las superficies en absoluto. Se sabe desde hace mucho tiempo que muchos microorganismos se orientan a la luz y, por ejemplo, nada hacia una fuente de luz. Sin embargo, Anteriormente no se sabía que el mecanismo de adhesión del alga verde se puede encender y apagar con luz.

Kreis investigó la respuesta a la luz más de cerca y descubrió que Chlamydomonas se adhiere exclusivamente a las superficies cuando se expone a la luz azul. El alga utiliza una serie de proteínas especiales sensibles a la luz para sentir la luz. "Creemos que la adhesividad conmutable por luz puede ser un producto de la evolución, "Dice Christian Kreis. A diferencia del fitoplancton marino, estos microorganismos relacionados suelen vivir en suelos húmedos donde a menudo se encuentran con superficies. "Si esas superficies están expuestas a la luz solar, Este ingenioso mecanismo permite que las algas se adhieran a ellas y comiencen a realizar la fotosíntesis. "explica el investigador.

Las algas con fotorreceptores de luz azul modificados podrían no formar biopelículas

Este hallazgo no proporciona en sí mismo una forma de evitar que se formen depósitos de algas en las paredes de vidrio de los biorreactores. Exponer los biorreactores a la luz roja solo para apagar la adhesión no funciona, porque las algas verdes también requieren luz azul para la fotosíntesis. Por tanto, Oliver Bäumchen y Christian Kreis están adoptando un enfoque diferente. "Ahora nos hemos asociado con microbiólogos que tienen una gran experiencia con las algas verdes, ", Dice Bäumchen." Planeamos estudiar células en las que se bloquean los diversos fotorreceptores de luz azul para descubrir cuál de esos fotorreceptores es de hecho responsable de activar las propiedades adhesivas ". Si las algas con fotorreceptores de luz azul modificados pudieran crecer en grandes volúmenes, es posible que podamos usarlos en biorreactores sin la molestia de las biopelículas que se forman en las superficies.

El equipo de investigación de Oliver Bäumchen se ha centrado en la adhesión intercambiable de las algas verdes por varias razones:"En general, es interesante comprender el fenómeno de la adhesión superficial. Después de todo, las fuerzas de adhesión son enormes en relación con el tamaño de las células, ", Dice Bäumchen. También está estudiando flagelos porque su principio de construcción es casi idéntico al de los cilios en el cuerpo humano, por ejemplo en los pulmones.

Christian Kreis también se preocupa por las formas de prevenir la formación de biopelículas de algas. Actualmente está investigando si la adhesión puede activarse y desactivarse mediante disparadores distintos de la luz, por ejemplo, por superficies que llevan cargas eléctricas débiles. "Las biopelículas son problemáticas en muchas aplicaciones, ", dice el investigador." Si pudiéramos diseñar superficies de tal manera que impidan que los microorganismos se adhieran a ellas, eso sería de gran ayuda para muchas aplicaciones en medicina, biotecnología e ingeniería química ".