ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA ALGAS EN BIOTECNOLOGÍA NOMBRE: Daniel Naranjo
NIVEL: 7mo
IMPORTANCIA DE LAS DIATOMEAS EN DIVERSOS CAMPOS C AMPOS Nanotecnología: Es de interés la manufactura de dispositivos a nivel nanométrico, esto debe ser barato y flexible de tal forma que se pueda fabricar lo que se requiera. En este aspecto se tiene que las diatomeas pueden ser modificadas genéticamente para formar estructuras con características deseadas, que tengan aplicación en nanotecnología, esto se realiza mediante la inducción de mutagénesis provocada por diversas condiciones como luz UV, agentes químicos y la posterior selección de los individuos que presentan la morfología deseada (Parkinson & Gordon, 1999). El remover la materia orgánica de la diatomea proporciona que se tenga solamente la estructura inorgánica de interés que puede ser usada en: -La fabricación de nanoestructuras de diámetro constante (Parkinson & Gordon, 1999). -La construcción de estructuras resistentes pero livianas para la industria automotriz y aeroespacial (Bradbury, 2004) -Como vehículos para la suministración de químicos que puedan llegar a partes determinadas del organismo, mediante la incorporación de partículas ferromagnéticas, que las direccionen. -Fabricación de componentes electrónicos de silicio puro proveniente de frústulos de diatomeas (Bao et al., 2007). -Fabricación de sensores de gases que se valen de la capacidad filtrante de los frústulos, esto se logra mediante la fabricación de un biosensor al cual solamente podrán acceder las partículas que atraviesen el filtro (Parkinson & Gordon, 1999; Bao et al., 2007). -Posibles aplicaciones referentes a la fotoluminiscencia debido a la capacidad de emitir luz de estas estructuras (Bao et al., 2007). -La tierra de diatomeas ha sido empleada como filtro en donde el tamaño del poro depende de la especie de diatomea empleada, esto es utilizado en la purificación 1
de agua. Filtración por gel en donde se emplea a los frústulos como la parte filtrante esto permite que moléculas de alto peso molecular no ingresen por los filtros y por lo tanto emergerán antes que las moléculas captadas por el filtro. (Parkinson & Gordon, 1999). - Su aplicación como lubricantes para evitar desgaste entre dos superficies móviles mediante el estudio de la forma en que las diatomeas lubrican sus componentes (Gebeshuber et al, 2005).
Acuacultura: La gran tasa de producción de peces y mariscos en criaderos ha provocado la búsqueda de alimentos alternativos como las microalgas, de igual forma hay especies que obligatoriamente requieren este tipo de alimentación, las diatomeas son empleadas para la alimentación de las fases larvarias de crustáceos de interés comercial. La alimentación de ciertos grupos animales como gasterópodos depende de la alimentación en su fase larvaria, dichas larvas suelen alimentarse de microalgas incluyéndose diatomeas por ejemplo se han alimentado abulones con Navicula sp., Nitzschia sp. Y Amphora sp. Las comunidades de diatomeas bénticas son empleadas como una fuente de alimento para especies marinas esto se puede lograr artificialmente mediante la adición de agua de mar no filtrada a un sustrato que contiene macroalgas de tal forma que las diatomeas se establezcan en ellas. (Shields & Lupatsch, 2012). Los silicatos contenidos en sus frústulos pueden ser empleados en la acuacultura sea como fuente alimenticia o como agentes de limpieza de igual forma es de interés la extracción de metabolitos intracelulares como lípidos (ácido eicosapentanóico), aminoácidos. De igual forma se pueden producir vitaminas como la tiamina, ácidos grasos ω3 y ω6 que son implementadas en la cadena alimenticia para la acuacultura. Mediante el uso de técnicas de inmovilización se logró cultivar más eficientemente a diatomeas bénticas lo cual permite que haya más investigación sobre la producción de metabolitos de interés (Lebeau & Robert, 2003).
Biodiesel: En general las microalgas son más eficientes en la transformación de la energía lumínica en nutrientes. Las diatomeas poseen una vacuola de almacenamiento grande la cual es responsable de su dominancia en los diferentes hábitats, esto se debe a la elevada productividad que poseen, la cual está regida por la relación superficie volumen, en donde las células más pequeñas son las más eficientes y debido a que el volumen de las diatomeas es relativamente alto, el poseer una 2
vacuola de gran volumen la hace más eficaz para la síntesis de metabolitos, además de que en condiciones de escases de nutrientes, podrán sobrevivir gracias a sus reservas. Las diatomeas pueden ser útiles para la producción masiva de lípidos empleados como biocombustibles debido a su flexibilidad en las condiciones de su ambiente, estas algas habitan en ambientes marinos, dulceacuícolas, suelos e incluso en ambientes variables y extremos en términos de pH, salinidad, temperatura (desde hielo hasta fuentes termales). En la producción de biodiesel es de interés la cantidad de lípidos que sintetiza la célula, esto probablemente se debe a que deben conservar su flotabilidad la que se ve afectada por sus paredes celulares hechas de silicatos. La producción de lípidos se ve afectada por la concentración de nutrientes que posea el medio, escases de algún nutriente en particular. Variando estos parámetros y dependiendo la especie se ha logrado optimizar el metabolismo, dirigiéndolo hacia una eficiente producción lipídica. Se piensa que debido a la composición de su pared celular, es difícil extraer los lípidos y pigmentos empleados en la elaboración del biodiesel, sin embargo los componentes de su pared celular están soldados por moléculas orgánicas que fácilmente pueden ser desestabilizadas por la adición de agentes químicos o por procesos mecánicos como la centrifugación (Hildebrand et al., 2012).
Biotecnología ambiental: Se ha empleado diatomeas para cuantificar el nivel de contaminación de aguas expuestas a metales persistentes en las cadenas alimentarias, debido a que larvas de organismos se alimentan de diatomeas que han absorbido dichos metales, ha sido posible cuantificar el nivel de contaminante, asimismo el empleo de diatomeas como bioindicadores ha sido implementado en Europa, estos sistemas pueden analizar cambios físicos, químicos y biológicos. Esto se realiza debido a la sensibilidad que tienen las diatomeas por cambios en su ambiente, asimismo se pueden observar cambios poblacionales de diatomeas que varían en función de las condiciones a las que están expuestas. Sirven como bioindicadores gracias a que ellas están presentes en una gran variedad de ambientes pueden ser empleadas para diferentes regiones, también presentan adaptabilidad y una alta tasa de reproducción. (Illana, 2008) Debido a su ciclo de vida rápido y alta tasa de división, son perfectas para evaluar niveles de contaminación a corto plazo. Como ya se mencionó las diatomeas pueden ser empleadas para la construcción de biosensores valiéndose de su capacidad filtrante que pueden detectar compuestos específicos, además su pared
3
celular puede ser empleada como filtro lo cual es útil para clarificar el agua y retener bacterias (Bao et al., 2007)
Producción de ácidos grasos poliinsaturados: Se encontró que a medida que los niveles de clorofila empiezan a bajar, el contenido de triacilgliceroles aumenta, en diatomeas el nivel de ácidos grasos C14 es el mayor, en comparación con otras clases de algas, también el C16:1 junto con C16:0 representan del 65% al 70% del total de ácidos grasos en donde el C16 monoinsaturado es el predominante. Las diatomeas poseen cantidades altas de ácido eicosapentanóico (EPA) (C20: 5, ω-3) que no es prevalente en clorofitas, los niveles de ácido docosahexanóico, que es un ácido graso esencial poliinsaturado, son del 5% menos que el EPA. Las diatomeas poseen una gran variedad de carotenoides que poseen insaturaciones en su estructura en forma de β -caroteno y sus derivados las xantofilas, en las cuales se incluye la diatoxantina, diadinoxantina, fucoxantina y la neofucoxantina que tienen propiedades antioxidantes. Las diatomeas no producen acidos grasos insaturados de 18 carbonos. (Hildebrand et al., 2012)
Bibliografía: Bao Z, et al. Chemical reduction of three-dimensional silica microassemblies into microporous silicon replicas. Nature. 2007;446:172 – 175. Bradbury, J. 2004. Nature’s Nanotechnologists: Unveiling the Secrets of Diatoms. PLoS Biology Volume 2.Issue 10. Recuperado de: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC521728/pdf/pbio.00203 06.pdf
Gebeshuber IC, Stachelberger H, Drack M. Diatom BionanotribologyBiological Surfaces in Relative Motion: Their Design, Friction, Adhesion, Lubrication and Wear. J Nanosci Nanotechnol. 2005 Jan; 5(1):79-87. Hildebrand, M., Davis, A. K., Smith, S. R., Traller, J. C. & Abbriano, R. The place of diatoms in the biofuels industry. Biofuels (2012) 3(2), 221 –240 Illana, C. Usos industriales de las algas diatomeas. Quercus, 2008, 3237.
4
Lebeau, T., Robert, J.M. Diatom cultivation and biotechnologically relevant products. Part II: Current and putative products. In: Applied Microbiology and Biotechnology February 2003, Volume 60, Issue 6, pp 624-632. Parkinson, J. & Gordon, R. Beyond micromachining: the potential of diatoms. Elsevier Science. TIBTECH MAY 1999 (VOL 17). Disponible en: http://www.compsysbio.org/lab/LabPublications/TIBTECHpap.pdf Shields, R.J. & Lupatsch I.. 2012. Algae for Aquaculture and Animal Feeds. Swansea University, UK.
5
