Desarrollo de procesos biotecnológicos para la producción de anfidinoles y otros bioactivos de interés a partir de la microalga Amphidinium carterae

Autor: Molina Miras, Alejandro
Přispěvatelé: García Camacho, Francisco, Sánchez Mirón, Asterio
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: riUAL. Repositorio Institucional de la Universidad de Almería
Universidad de Almería
Popis: La línea de trabajo seguida dentro de la presente investigación aborda aspectos concretos de etapas involucradas en el desarrollo de un bioproceso principalmente orientado a la producción sostenible de anfidinoles (APDs), un grupo de metabolitos secundarios producido por la microalga marina Amphidinium carterae (Infraphylum: Dinoflagellata; Clase:Dinophyceae). En el Capítulo 1 se introducen brevemente los temas en los que se enmarcan las actividades desarrolladas en esta memoria: (i) Aspectos más relevantes y una visión actualizada sobre las aplicaciones y limitaciones de la biomasa proveniente de microalgas. En la actualidad, la biomasa de microalgas tiene un gran atractivo debido a su potencial en una gran variedad de aplicaciones. Sin embargo, salvo un pequeño número de excepciones, la mayoría de los resultados no han logrado alcanzar el nivelcomercial debido, fundamentalmente, a un costo no competitivo en la producción debioproductos, en comparación con productos alternativos obtenidos a través de síntesis química, de otros microorganismos, o de materias primas fósiles. (ii) Consideraciones generales de los dinoflagelados. Las microalgas marinas pertenecientes a este grupo son productoras de una gran variedad de metabolitos secundarios con un amplio abanico de actividades biológicas. A. carterae es una fuente natural de APDs con potentes actividades antifúngicas, hemolíticas y antitumorales. (iii) Aspectos generales para el desarrollo de un bioproceso a partir de dinoflagelados. Como sucede con las microalgas en general, a pesar del enorme potencial de los dinoflagelados, los procesos de producción basados en ellos para la obtención de bioproductos de alto valor, aún son claramente mejorables desde un punto de vista tecnoeconómico. Las limitaciones de suministro son un obstáculo importante para la investigación, el desarrollo de aplicaciones y la comercialización exitosa de estos bioproductos. El principal obstáculo para la producción de grandes cantidades de metabolitos secundarios de interés a partir de cultivos de dinoflagelados en fotobiorreactores a escala industrial es su alta sensibilidad al daño por esfuerzos de origen hidrodinámico. Esta investigación aborda cuellos de botella científicos y tecnológicos dentro de la estrategia de bioproceso aplicado a dinoflagelados marinos. En consecuencia, se divide en dos grandes áreas: la primera destinada a la producción y cosechado de la biomasa (upstream); y la segunda dedicada a la recuperación y purificación de los bioproductos (downstream). Por último, teniendo en cuenta las tendencias normativas actuales, un bioproceso a partir de dinoflagelados debe optimizarse económica y medioambientalmente utilizando el concepto de biorrefinería y reutilizando el medio de cultivo agotado para reducir el consumo de agua, nutrientes y la generación de residuos. Por último, las microalgas, en general, pueden ser unas herramientas útiles en la bioeconomía circular. Por ejemplo, pueden ser utilizadas en la depuración de efluentes de acuicultura u otros efluentes urbanos.En el capítulo 3, se describen brevemente las metodologías aplicadas para los procesos de producción y recuperación de la biomasa, para la purificación y análisis de los principales bioproductos de A. carterae, y los principales softwares utilizados en las publicaciones. En la Fig I, se resume esquemáticamente el trabajo realizado en esta tesis con A. carterae, que será desarrollado en el Capítulo 4. En él se recoge lo más relevante de las publicaciones incluidas en esta tesis. Se divide en seis subapartados, donde se agrupan las publicaciones en función de sus resultados más destacados. El Capítulo 4 es fiel a las publicaciones aportadas en esta tesis (ver ANEXO 1-PUBLICACIONES ORIGINALES). En él se ordenan y conectan los datos incluyendo pequeñas aportaciones sutiles que ayudarán a dar una visión global e integral de todo el trabajo realizado. Los resultados más relevantes obtenidos se pueden resumir en: i) Se caracterizó morfológicamente y se identificó genéticamente la estirpe Dn241EHU de la especie de microalga flagelada A. carterae; ii) Los procesos de fotoaclimatación no producen un efecto negativo sobre el crecimiento de A. carterae. Esta especie ha demostrado una gran tolerancia a la luz, presentando una ventana operacional alrededor de Yave =100-400 μE·m−2·s−1, donde la velocidad máxima de crecimiento no se ve afectada; iii) Se identificaron las condiciones de agitación óptimas para cultivar A. carterae en columnas de burbujeo. Esta especie es ligeramente más resistente que Karlodinium veneficum a la agitación, aunque, como suele ser común con la clase dinoflagellata, es mucho más sensible al cizallamiento que otras microalgas como N. gaditana; iv) Se realizaron mejoras importantes en la composición del medio de cultivo. Por un lado, se comprobó que la formulación original del medio f/2 es totalmente deficiente en macronutrientes para alcanzar altas concentraciones celulares. Por otro, A. Carterae puede ser cultivada con diferentes fuentes de nitrógeno, combinadas o únicas en una amplia gama de concentraciones. Además, se pudo realizar la aclimatación con éxito hasta un porcentaje del 100% de medio de cultivo reutilizado, pudiéndose realizar un mínimo de 4 subcultivos sin que se observen efectos inhibitorios en el crecimiento; v) Los cultivos en columnas de burbujeo de laboratorio pudieron escalarse con éxito hasta la escala planta piloto en un fotobiorreactor tipo columna de burbujeo (CB-FBR) iluminada con LEDs multicolor y con un volumen de cultivo de 80 L utilizando las condicionesdeterminadas en ii). La Pf volumétrica de biomasa alcanzó un valor de= 0,017 ± 0,001 g·L-1· d -1, mejorando los valores obtenidos a escala de laboratorio; vi) Así mismo, se cultivó en un fotobiorreactor tipo raceway (RW-FBR), con iluminación LED y volumen de trabajo de 33 L, de forma ininterrumpida durante ~1 año. Es la primera vez que se referencia un cultivo tan robusto y longevo con dinoflagelados en un FBR tradicional. La máxima Pf volumétrica de biomasa obtenida fue de 0,048 ± 0,001 g·L-1·d-1, valor que es muy superior a los obtenidos a cualquier escala en esta tesis; vii) Se ha optimizado la operación de centrifugación discontinua para el cosechado sin provocar daño celular en A. carterae. La metodología desarrollada para identificar condiciones de operación seguras es extrapolable a otras líneas celulares sensibles; viii) Se ha propuesto un proceso para purificar APDs a partir del sobrenadante del cultivo en la columna de burbujeo de escala piloto. La concentración en el sobrenadante del cultivo de luteophanol D, lingshuiol A y amphidinol 20 fue de 490, 191 y 152 µg·L-1; ix) En el cultivo realizado en el RW-FBR la concentración de APDs totales en la biomasa a lo largo del cultivo osciló entre 0,23-1,1% d.w. Los contenidos medios en la biomasa de EPA y peridinina convierten a A. carterae en una fuente potencial de estos bioproductos; x) Se aplicó la novedosa técnica de análisis metabolómico mediante RMN acoplado a análisis de datos multivariados cuyos resultados sugieren que altos niveles de irradiancia y concentración de nutrientes favorecen la síntesis de APDs a costa de la generación de carbohidratos estando ambos, de alguna forma, relacionados. Además, se puso a punto un método de análisis cuantitativo con RMN de APDs; xi) El potencial biotecnológico de los APDs para su uso en la industria farmacéutica se fundamenta en su alta actividad hemolítica y antiproliferativa. Los resultados de las muestras de biomasa de A. carterae cosechadas presentaron una alta actividad hemolítica y antiproliferativa (
Databáze: OpenAIRE
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