Las microalgas son organismos unicelulares o pluricelulares de diversos tamaños y formas, que abarcan desde grupos microscópicos hasta macroalgas o algas marinas de tamaño macroscópico. Cabe destacar que las microalgas pueden organizarse en colonias y filamentos visibles a simple vista. Un ejemplo notable de macroalga es Macrocystis pyrifera, también conocida como alga marina gigante, que puede alcanzar los 60 metros de longitud. En contraste, las microalgas constituyen un grupo heterogéneo de menor tamaño, con organismos cuyas dimensiones varían entre 1 µm y 1 mm. Un ejemplo de microalga es Chlorella, que habita en agua dulce o suelo y presenta células esféricas con un diámetro que oscila entre 2 µm y 10 µm. La mayoría de las especies de microalgas son autotróficas, con algunos ejemplos de organismos mixotróficos y heterotróficos. Además, las microalgas no tienen el mismo mecanismo de diferenciación celular y especialización que se ve en las plantas terrestres A principios de la década de 1830, el color fue la primera forma de clasificar los tipos de microalgas: verde, marrón y rojo. Sin embargo, estudios recientes de ficología se han centrado en analizar la estructura y la filogenia de las células de microalgas utilizando técnicas moleculares para comprender su relación con varios linajes de algas y otros organismos. Las algas no comparten un ancestro común y se consideran un grupo polifilético cuyo propio término algas no tiene valor taxonómico. Sin embargo, las algas presentan diferentes características con respecto a su morfología y fisiología. Por lo general, las microalgas se pueden encontrar como procariotas y eucariotas y se clasifican en grupos secundarios según los pigmentos. Los colores de las microalgas son consecuencia de los pigmentos producidos en el cloroplasto, como las clorofilas y las ficobiliproteínas. En las células procariotas, de las microalgas, están representadas por las cianobacterias, y en el caso de las especies eucariotas, hay principalmente grupos de microalgas verdes (Chlorophyta), microalgas rojas (Rhodophyta) y diatomeas (Bacillariophyta). En la figura 1 se pueden observar los diferentes compuestos de las microalgas.
Fig.1 Compuestos bioactivos de las microalgas.
Las microalgas son seres vivos viejos de este planeta y habitan casi todos los ecosistemas de la Tierra, estando presentes incluso en condiciones extremas y adversas de temperatura, radiación, presión, salinidad, pH y/u oxígeno. Las habilidades de supervivencia de las microalgas en entornos extremos pueden proporcionar un vasto campo de investigación científica. Una forma de hacer un uso racional de las microalgas es mediante la bioprospección de nuevas especies para estudiar linajes únicos de estos microorganismos, lo que permite los medios para elegir adecuadamente las microalgas para el cultivo.
El cultivo de microalgas, incluidos los organismos eucariotas y las cianobacterias fotosintéticas, proporciona biomasa de alto valor, mientras que la diversidad existente de especies de microalgas permite la producción de diferentes tipos de productos como antioxidantes, compuestos fenolicos y ácidos grasos poliinsaturados, por lo tanto, las microalgas son biomasas con aplicaciones en las industrias farmacéutica, cosmética y alimentaria.
Esta característica intrigante de las microalgas derivan de su capacidad para utilizar eficientemente la energía solar, el CO2 atmosférico y los nutrientes disponibles. Las microalgas son cruciales en la producción primaria de la Tierra, prosperando en entornos marinos o de agua dulce, aunque algunas especies también están en el suelo.
Los metabolitos secundarios de las microalgas también podrían tener beneficios que podrían mejorar la producción de biomasa. Para lograr esto, se mejoran las condiciones de cultivo que inducen la sobreproducción de metabolitos secundarios. En ingeniería genética, la producción estimulada de metabolitos secundarios se logra mediante técnicas de selección de cepas.
Los derivados de las microalgas se pueden comercializar como suplementos alimenticios (es decir, polvo y aceite), ingredientes o aditivos. Los avances en la derivatización de la biomasa de microalgas figuran los nuevos alimentos e ingredientes utilizados para las formulaciones de bebidas, pan y masa. Las microalgas son una fuente prometedora de proteínas bioaccesibles.
La Chlorella sp. tiene un alto contenido de carbohidratos; de manera similar, Nannochloropsis oculata y Phaeodactylum tricornutum funcionan como impresionantes fábricas de omega-3.
Sin embargo, a pesar de todos los valiosos derivados que se pueden obtener del cultivo de microalgas, la literatura presenta una laguna con respecto a la incidencia de sustancias químicas indeseables en productos y suplementos de microalgas. Estos incluyen, por ejemplo, toxinas naturales, contaminantes ambientales y de procesamiento, que están relacionados con las características intrínsecas de la biomasa, componentes presentes durante las etapas de cultivo/crecimiento de microalgas y condiciones de procesamiento. Aquí, mi intención es poder ofrecer una perspectiva completa sobre las tendencias actuales de la producción de microalgas en el contexto de los sistemas alimentarios, prospectando lo que va a ser de la investigación de microalgas en términos de dieta humana y un futuro sostenible, nuevos productos y control de calidad.
A diferencia de las plantas las microalgas tienen una capacidad fotosintética muy superior a otros organismos vegetales y se estima que pueden convertir más del 10% de la energía solar en biomasa frente al 1-2% de las plantas superiores.
Esa habilidad de las microalgas se debe sobre todo a una alta tasa de división celular, su gran habilidad de crecer en fotobiorreactores (sistema cerrado) como en raceway (sistemas abiertos) y sobre todo a su estructura simple que maximiza la exposición a la luz solar.
La producción de biomoleculas se puede ver perfectamente en la figura 2.
Fig.2: Proceso de producción de biomoléculas derivadas de microalgas. Se requieren cuatro pasos principales para obtener biomoléculas de la biomasa de microalgas: (1) selección de microalgas, (2) estandarización del cultivo, (3) purificación y (4) funcionalidad. Optimizando siempre el proceso de extracción. Ref: creado con BioRender.com
Entre la biomoleculas de intreres para el sector de la alimentacion tenemos algunos compuestos bioactivos como:
Las microalgas no solo desempeñan un papel crucial en los ecosistemas acuáticos y el ciclo del CO2, sino que su diversidad metabólica también ofrece aplicaciones industriales en diversos sectores, como la cosmética, la nutrición humana y animal, la biotecnología médica, la energía y la sostenibilidad.
En este apartado, analizaremos el papel de las microalgas en el desarrollo de productos cosméticos.
Las microalgas y las cianobacterias son fuentes de compuestos bioactivos con actividad inmunomodulador. Estos compuestos incluyen aminoácidos, péptidos, complejos pigmento-proteína y exopolisacáridos. Los exopolisacáridos, en particular, son conocidos por sus propiedades antiinflamatorias, antimicrobianas y antivirales. Los principales azúcares que componen los polisacáridos son la xilosa, la glucosa, la manosa y la galactosa. Los polisacáridos sulfatados, en particular, se han relacionado con la coagulación de la sangre, la actividad antilipémica y, sobre todo, la actividad inmunomoduladora. Diversos estudios han demostrado las propiedades antiinflamatorias de Arthrospira platensis, Chlorella vulgaris, Chlorella pyrenoidosa, Isochrysis, Pleurochrysis carterae, Dunaliella, Porphyridium purpureum y Rhodosorus marinus.
Los agentes inmunomoduladores son compuestos que pueden aumentar (inmunoestimuladores) o disminuir (inmunosupresores) la respuesta del sistema inmunológico. En cosmética, los inmunomoduladores tópicos se utilizan para regular la respuesta inmune local de la piel, lo que permite tratar una amplia gama de enfermedades de la piel. Además, los inmunomoduladores tópicos son más fáciles de aplicar y más seguros para su uso prolongado en comparación con los inmunomoduladores sistémicos.
Diversos compuestos poseen propiedades antiinflamatorias, antitumorales, antimicrobianas y antivirales, directamente relacionadas con sus actividades inmunomoduladores. Estos compuestos trabajan en sinergia con el sistema inmunológico, desencadenando una respuesta antiinflamatoria contra el tejido dañado o combatiendo microorganismos externos, interrumpiendo su crecimiento e induciendo la muerte celular apoptótica. Estas propiedades convierten a los metabolitos de las microalgas en candidatos prometedores para la inmunoterapia, con potencial para tratar varios trastornos, como se mencionó anteriormente.
El sistema inmunológico coordina su respuesta a través de múltiples vías de señalización. Sin embargo, cuando estas respuestas no están reguladas, pueden contribuir al desarrollo de enfermedades inflamatorias crónicas de la piel. Los mecanismos inmunomoduladores, como las citocinas, los interferones, las interleucinas y los factores de necrosis tumoral, son secretados principalmente por macrófagos, linfocitos y queratinocitos en la epidermis. Además, varios factores, como las respuestas no controladas a los patógenos, las sustancias tóxicas y el estrés oxidativo mediado por las especies reactivas de oxígeno (ROS), pueden desencadenar la liberación de mediadores proinflamatorios. En consecuencia, los agentes inmunomoduladores se utilizan para inhibir las respuestas inflamatorias y combatir estas enfermedades.
Los compuestos inmunomoduladores, como los exopolisacáridos, pueden interactuar con receptores de superficie celular, tales como el receptor Dectin-1, los receptores tipo Toll (TLR) y los receptores de carroñeros, presentes en células inmunitarias como macrófagos, células dendríticas, neutrófilos y células NK. Los exopolisacáridos y los polisacáridos sulfatados pueden unirse a estos receptores de superficie celular e inducir cascadas de señalización que activan la actividad de los macrófagos, las células NK y los linfocitos T/B, así como la fagocitosis y la secreción de citoquinas.
Diversos estudios in vitro e in vivo han demostrado el potencial inmunomodulador y antiinflamatorio de los compuestos y extractos bioactivos derivados de microalgas [1,2,3]. Investigaciones in vitro con polisacáridos sulfatados de microalgas rojas Porphyridim demostraron que el polisacárido inhibía la migración de leucocitos polimorfonucleares, produciendo un efecto antiinflamatorio. Por otro lado, estudios in vivo mostraron que la aplicación tópica de estos polisacáridos en humanos inhibía el desarrollo de eritema. Asimismo, se ha observado actividad inmunoestimuladora a partir de ensayos in vitro que involucran material de microalgas como extractos de A. platensis, revelando un aumento en la proliferación de células de fibroblastos dérmicos humanos y mayores tasas de cierre del área de heridas. La Tabla 1 presenta una enumeración de algunos compuestos inmunomoduladores obtenidos a partir de microalgas, incluyendo sus mecanismos de acción, métodos de extracción reportados y condiciones de cultivo.
a de compuestos con actividad inmunomodulador obtenidos de microalgas.
Tipos de compuestos | Mecanismo de acción | Especies de microalgas | Condiciones de cultivo | Metodo de extracción |
Peptidos | Actividad antimicrobiana a través de la interacción con la membrana cargada negativamente | T. suecica (Clorófitas) | F/2 medio, 21 ± 0,5 °C y 40 W de luz | Extracción de ácido y separación por cromatografía de columna de fase inversa |
Ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), lípidos y carotenoides | Interferencia en la biosíntesis de ácidos grasos bacterianos | Varias especies de microalgas | F/2 medio para microalgas marinas y medio basal (BBM) para microalgas de agua dulce | Tres sistemas de extracción con diferentes disolventes |
Ácidos grasos y pigmentos | Interferencia en la biosíntesis de ácidos grasos bacterianos | S. obliquus | – | Extracciones de disolventes sucesivas por polaridad |
Lipidos | Permeabilización de la membrana | S. brasiliensis, E. acutiformis y Sphaerospermopsis sp. | M7 medio para microalgas, Z8 medio para cianobacterias | Extracción con diferentes disolventes |
Acidos grasos | Interferencia en la biosíntesis de ácidos grasos bacterianos | P. nurekis | Medio con varios macro y microelementos a pH < 6, 30 °C y 16.000 LUX | Extracción con agua y etanol |
Ácidos grasos y compuestos fenólicos | Interferencia en la biosíntesis de ácidos grasos bacterianos | S. obliquus | BG-11 medio | Extracción con disolventes orgánicos y sonicación |
Pigmentos | Secución de radicales libres | Varias especies de microalgas | F/2 de Guillard Medio, 22 ± 2 °C, 14:10 D: L ciclo, 60–65 µ·E·m−2·s−1light durante 16 días | Extracción de etanol |
Extractos de microalgas | Varios mecanismos probados | 32 especies de microalgas | F/2 de Guillard Medio, 19 °C, 12:12 ciclo D: L, y 100 µmo·m−2·s−1 Luz | Sonicación y extracción de acetona |
Actualmente se están realizando estudios con el objetivo de identificar compuestos de microalgas responsables de las actividades inmunomoduladoras, incluyendo principalmente las actividades antimicrobianas, antidiabéticas, anticancerígenas y antiinflamatorias. Algunos de estos estudios se describen brevemente a continuación.
La actividad antibacteriana de los compuestos activos de las microalgas se ha probado en gran medida para la resistencia microbiana generalizada a los antibióticos en una búsqueda de nuevos tratamientos contra patógenos. Algunos biólogos como Guzmán et al. [4] identificaron compuestos producidos por Tetraselmis suecica con propiedades antimicrobianas, encontrando que una elución del 40% de acetonitrilo tenía la mayor concentraciónn de proteínas y actividad antibacteriana probada contra tres cepas bacterianas gram-negativas y cuatro gram-positivas. Del mismo modo, en 2020 Alsenani et al. [5] examinaron 14 microalgas y dos cepas cianobacterianas para determinar sus capacidades antimicrobianas. Las especies de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) que se encuentran en los extractos de I. galbana, Scenedesmus sp. NT8c y Chlorella sp. FN1 mostró una alta actividad inhibitoria contra el crecimiento de las seis bacterias gram-positivas analizadas. Del mismo modo, un estudio de Mukherjee et al. [6] con los extractos de hexano y cloroformo de Scenedesmus obliquus, probado en bacterias gram-positivas y gram-negativas, mostró la mayor actividad antibacteriana con una concentración inhibitoria mínima (MIC) de 15,6–125 μg·mL−1. En la misma línea con trabajos anteriores, Cepas et al. [7] utilizaron lípidos de más de 600 especies de microalgas y cianobacterias para determinar sus actividades como antimicrobianos y antibiopelículas. Los autores encontraron que los extractos eran efectivos contra una de las tres cepas bacterianas probadas, mientras que los extractos ensayados de la fracción de metanol y acetato de etilo alcanzaron una inhibiciónn de biopelícula del 80%. Además, Potocki et al. [8] analizaron los extractos de agua y etanol de Planktochlorella nurekis contra tres cepas de bacterias gram-positivas y dos cepas de gram-negativas. Llegaron a la conclusión de que el ácido láurico, el ácido mirístico y el ácido esteárico de los extractos tuvieron un alto impacto en el crecimiento de bacterias gram-negativas. Además, los ácidos grasos monoinsaturados (MUFA) y poliinsaturados (PUFA) son responsables de la modulación de las bacterias gram-positivas.
Otra propiedad inmunomodulador de los compuestos de microalgas es su actividad anticancerígena ha sido estudiada por Marrez et al. [9], los cuales determinaron las actividades antimicrobianas y la citotoxicidad del extracto crudo y sus fracciones de Scenedesmus obliquus. Los autores concluyeron que el extracto de éter dietílico de microalgas presentaba la actividad principal contra bacterias, hongos y tres líneas celulares cancerosas, lo que confiere a las microalgas un gran potencial de uso en este campo. En consecuencia, Peraman y Nachimuthu [10] evaluaron diez especies de microalgas para la producción de fucoxantina, y los extractos se probaron para determinar sus actividades antibacterianas, antifúngicas y antioxidantes. Las microalgas como Dunaliella salina mostraron la mejor actividad contra bacterias y hongos gram-negativos, mientras que, para la actividad antioxidante, ocho de las diez cepas de microalgas mostraron más del 50 % de inhibición por 2,2’-azino-bis (ácido 3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico) de ABTS. Finalmente, Lauritano et al. [11] examinaron 32 cepas de microalgas y analizaron los extractos para determinar sus actividades antioxidantes, antiinflamatorias, anticancerígenas, antidiabéticas, antibacterianas y antibiofilm. Los autores evaluaron que, de las especies de microalgas analizadas, tres mostraron actividad antiinflamatoria, una especie tenía actividad anticancerígena, dos presentaban actividad antibacteriana y las otras dos obstaculizaban la formación de biofilm.
Los antioxidantes pueden definirse como “sustancias naturales o sintéticas que pueden prevenir o retrasar el daño celular oxidativo causado por oxidantes fisiológicos con potenciales de reducción claramente positivos, que abarcan ROS/especies de nitrógeno reactivo (RNS) y radicales libres” [12]. Esta es una de las causas más comunes de daño oxidativo debido a la exposición a la radiación UV [13]. Los lípidos, los ácidos nucleicos y las proteínas son objetivos de ROS, RNS y especies reactivas de azufre (RSS) [14]. La radiación UV-A daña el ADN indirectamente generando oxígeno sinquilote radical similar a ROS (1O2) y/o peróxido de hidrógeno, entre otros, causando mutaciones del ADN durante el proceso de replicación, como la transversión de guanina-tiamina (G-T), mientras que la radiación UV-B daña directamente las cadenas de ADN, generando dímeros de pirimidina de ciclobutano (CPD) al unir covalentemente dos pirimidinas vecinas; su acumulación a lo largo del tiempo puede producir una interrupción de la replicación y transcripción del ADN, perturbando la función de la célula dañada [13,15]. En las últimas dos décadas, se han realizado estudios para encontrar y obtener antioxidantes de fuentes naturales para reemplazar las sintéticas para tratar el daño oxidativo. Por lo tanto, varios estudios se han centrado en el efecto protector de los extractos enzimáticos de microalgas contra el daño del ADN inducido por el estrés oxidativo [15,16,17,18].
Los antioxidantes producidos por las microalgas son sustancias con un alto valor nutricional, considerando que estos microorganismos poseen una mayor capacidad para producirlos en comparación con los obtenidos de fuentes derivadas de plantas [19]. Pueden producir múltiples componentes para una sola especie, e incluso si su rendimiento de producción es menor que los obtenidos sintéticamente, actualmente se espera que la generación de moléculas bioactivas a partir de microalgas supere a las fuentes sintéticas, dado que su producción es renovable y sostenible [20]. Algunos de los antioxidantes que se pueden obtener de las microalgas son la clorofila, las vitaminas, los flavonoides, los polifenoles, los esteroles y los carotenoides [15,14]. Los carotenoides, el β-caroteno, la clorofila a, la clorofila b y las xantofilas fueron los principales pigmentos fotosintéticos identificados en microalgas verdes como Spirogyra neglecta y Microspora indica [21]. La fucoxantina, un compuesto bioactivo de microalgas, se puede encontrar en varias especies de diatomeas (microalgas de color marrón dorado) y posee notables propiedades antioxidantes, antiobesidad, antidiabéticas, anticancerígenas, antiinflamatorias, antihipertensivas y antiosteoporóticas. La fucoxantina es un carotenoide importante para la salud humana que se comercializa a 30.000 dólares por gramo y se considera un producto nutracéutico valioso o un alimento funcional para prevenir o ayudar a tratar diferentes enfermedades [22,23,24]. Investigaciones recientes sobre el uso de diatomeas ricas en carotenoides se han extendido a las misiones espaciales donde los recursos son limitados y la necesidad de implementar sistemas de reciclaje de CO2 brinda la oportunidad de producir O2 y alimentos basados en biomasa de microalgas como alternativa a la suplementación de salud para los humanos en estas condiciones [19,25,26]. Estudios in vitro en fibroblastos humanos han demostrado que incluso bajas dosis de radiación infrarroja pueden generar radicales libres, alterar la expresión de colágeno y elastina, y regular las metaloproteinasas (MMP), un área de oportunidad para desarrollar suplementos alternativos con propiedades antioxidantes.
Las microalgas pueden producir una amplia variedad de vitaminas, incluyendo vitaminas A, B1, B2, B6, B12, C y E. Además, contienen minerales como potasio, hierro, magnesio, calcio y yodo, así como un alto contenido proteico con aminoácidos esenciales completos [19,28]. Dunaliella tertiolecta sintetiza vitamina B12, B2, E y β-caroteno [29]. Tetraselmis suecica produce vitamina C, un potente aliado que neutraliza especies reactivas del oxígeno (ROS), y protege contra la peroxidación lipídica mediante la reducción del radical hidroperoxil lípido [30]. El extracto de T. suecica es rico en carotenoides (xantofilas, luteína, violaxantina, neoxantina, anteraxantina y ésteres de loroaxantina), y ha demostrado una excelente actividad antioxidante, antiproliferativa y reparadora en líneas celulares de cáncer de pulmón humano [31]. Pistelli et al. informaron previamente que la cocultura de Skeletonema marinoi, Cyclotella cryptica y Nannochloropsis oceanica mejoró la riqueza de compuestos bioactivos, aumentando la actividad antioxidante o quimioprotectora a medida que aumentaban las vitaminas y la biomasa [32]. La cepa Skeletonema marinoi también se ha estudiado para la biosíntesis del ovotiol, un compuesto de tiohistidina eficiente en la eliminación de radicales y peróxidos, y que solo se ha identificado en almejas [33]. La astaxantina, un carotenoide secundario rojo, se denomina “súper antioxidante”. La mayor parte de su producción (95%) se lleva a cabo sintéticamente, mientras que la microalga Haematococcus pluvialis es la fuente natural de este compuesto. Si bien la astaxantina está presente en otros organismos como plantas, levaduras, bacterias, mariscos y otras microalgas, es en H. pluvialis donde se produce el estereoisómero 3S,3’S, el más rentable de los tres (3S,3’S; 3R,3’S; y 3R,3’R). Este estereoisómero presenta una actividad antioxidante 65 veces superior a la vitamina C y 54 veces superior al β-caroteno. Cabe destacar que la forma sintética es 20 veces menos efectiva en calidad antioxidante que la forma natural [34].
El glutatión elimina las especies electrofílicas y oxidantes, ya sea de forma directa o a través de la catálisis enzimática: (i) neutralizando directamente los radicales libres de hidroxilo reactivos, otros radicales libres centrados en el oxígeno y los centros radicales en el ADN; y (ii) actuando como cosustrato del glutatión peroxidasa, lo que permite la reducción del peróxido [35]. No obstante, el glutatión también desempeña un papel oxidante en menor medida, durante el catabolismo de GSH [35].
Los aminoácidos similares a la micosporina (MAA) poseen la capacidad de eliminar los ROS y pueden ser relevantes en la eliminación de radicales libres inducidos por la radiación UV.
Las microalgas sintetizan los antioxidantes como respuesta al estrés ambiental, principalmente para evitar el estrés oxidativo [14]. Los antioxidantes derivados de las microalgas pueden emplearse en aplicaciones cosmecéuticas, como cremas hidratantes y protectores solares, para prevenir y tratar diversas afecciones cutáneas, desde el fotoenvejecimiento hasta el cáncer de piel.
Se han realizado esfuerzos de investigación científica y desarrollo de nuevos productos en fotoprotectores. Se han investigado ciertos compuestos resistentes a la radiación ultravioleta (UV) por su posible aplicación en la creación de nuevos productos. La luteína, un compuesto que protege la piel del daño causado por la radiación UV, se ha encontrado en varias microalgas, como C. protothecoides, Scenedesmus almeriensis, Muriellopsis sp., Neospongiococcus gelatinosum, Chlorococcum citriforme, C. zofingiensis, D. salina y Galdieria sulfuraria [27]. Además, se ha estudiado la aplicación de MAAs en el campo cosmético. Estos compuestos pueden absorber la luz entre 309 y 362 nm y disipar la radiación como calor, protegiendo las células de la mutación causada por la radiación UV y los radicales libres [9]. Algunas microalgas que contienen este compuesto incluyen Anabaena spp., C. vulgaris, D. salina, Eutreptiella sp., Scenedesmus sp. y A. platensis. Además, las altas concentraciones de carotenoides en las microalgas también pueden proporcionar características de protección fotosintética [108]. Este efecto se ha observado en las microalgas Nostoc sp., Eutreptiella sp., C. protothecoides, P. antarctica y P. glacialis.
Aunque hay informes limitados sobre la aplicación de las propiedades fotoprotectoras de las microalgas en productos cosméticos, como los protectores solares, este hallazgo podría afectar mucho al mercado de cosméticos para cuidar la piel frente a la radiación ultravioleta. Cabe destacar que, en algunas microalgas, las MAA también actúan como antidesecantes, ayudando a las células a mitigar los efectos nocivos de la radiación UV-B. Un estudio documentó este comportamiento en la cianobacteria Leptolyngbya sp.
Numerosos estudios han explorado las respuestas de microalgas y cianobacterias a la radiación UV en combinación con otros factores. Por ejemplo, Singh et al. (2020) [36] investigaron cómo la radiación UVB y el cloruro de amonio exógeno (como fuente de nitrógeno) afectan a Anabaena sp. Descubrieron que la suplementación con NH4Cl mejoraba la actividad fotosintética, la eficiencia cuántica máxima del fotosistema II (PSII) y la tasa máxima de transporte de electrones. Además, la presencia de NH4Cl condujo a una mayor acumulación de MAA. En otro estudio, se evaluó la resistencia de Chlorella vulgaris a diferentes intensidades de radiación UV-B y tiempos de exposición. Los investigadores determinaron la intensidad y el tiempo máximos que inhibían el crecimiento en un 50%. Sorprendentemente, la exposición de C. vulgaris a períodos cortos o niveles de baja intensidad mejoró la producción de carotenoides.
Un estudio comparativo de C. vulgaris, Microcoleus vaginatus, Nostoc y Scytonema javanicum identificó las microalgas más resistentes a la radiación UVB. Estas especies destacaron por su capacidad para atenuar las especies reactivas del oxígeno (ROS) y reparar el fotosistema II y los daños en el ADN. Entre las especies estudiadas, Nostoc sp. demostró la mayor capacidad para sobrevivir a altos niveles de radiación.
Los compuestos activos como la escitonemina, junto con los MAA, protegen a las cianobacterias del daño UV. Recientemente, se ha dilucidado el mecanismo de biosíntesis de la escitonemina en una cepa modelo de Nostoc punctiforme debido a sus prometedoras propiedades antioxidantes y de protección UV, que tienen potencial para aplicaciones cosméticas y médicas. En un enfoque similar al de Singh et al. (2020), [36] Bennett y Soule (2022) [37] evaluaron el estrés osmótico y la exposición a los rayos UVA y UVB en la cepa N. punctiforme para evaluar la expresión de los genes de la escitonemina. El estudio reveló un aumento en la expresión del gen de la escitonemina en presencia de UVA, UVB y luz alta. Sin embargo, la regulación ascendente de los genes no se correspondió con la producción de escitonemina. La exposición a la radiación fotosintéticamente activa (UVA y UVB) y al estrés osmótico durante al menos 3 días indujo la producción de escitonemina en la cepa Scytonema sp. Orellana et al. (2020) [38] informaron de aumentos en la producción de escitoneminas en el área desértica de Atacama. Descubrieron que las cianobacterias endolíticas indígenas (Halothece) de Salar Grande experimentaron una reducción de escitonemina debido a la radiación UV-A bajo las condiciones desérticas simuladas.
En la dermis, el colágeno actúa de dos maneras: proporciona los bloques de construcción para la formación de fibras de colágeno y elastina, y se une a los receptores en los fibroblastos, estimulando la producción de colágeno, elastina e hialuronano. Esto ayuda a mantener la apariencia y elasticidad de la piel, y la protege de los factores ambientales dañinos [39. Los compuestos bioactivos obtenidos de las microalgas han demostrado poseer propiedades similares, con una amplia gama de aplicaciones en varios sectores industriales y comerciales [40]. En particular, los compuestos bioactivos de las microalgas se están incorporando a la industria cosmética y cosmética porque pueden mejorar y mantener la estructura y función de la piel [41].
Los exopolisacáridos de las microalgas pueden actuar como modificadores de la reología, acondicionadores, agentes hidratantes, agentes curativos, emulsionantes y sustitutos de los ácidos hialurónicos. También pueden estimular la síntesis de colágeno y proteger contra la proteólisis enzimática [31,32,33,39]. Las proteínas de las microalgas utilizadas como suplementos alimenticios pueden estimular la síntesis de colágeno, lo que reduce las imperfecciones vasculares y promueve la regeneración de los tejidos [41,33,42,43,44]. Además, algunas especies de microalgas producen compuestos que pueden actuar como sustitutos de los ácidos hialurónicos o proteger contra la proteólisis enzimática [1,31,32,33,42,43,44,45].
La industria cosmética ha experimentado un crecimiento notable en los últimos años. La incorporación de compuestos bioactivos naturales ha impulsado el conocimiento sobre las microalgas y sus compuestos, posicionándolas como una alternativa valiosa en la actualidad.
Los metabolitos de las microalgas se obtienen mediante procesos de cultivo de bajo coste y con un bajo impacto ambiental. Si bien su aplicación actual se centra en la creación de productos cosméticos, cabe preguntarse por qué no aprovechar directamente la biomasa de las microalgas. Esto permitiría desarrollar nuevos productos utilizando la biomasa completa del cultivo. A pesar de que la mayoría de los estudios se enfocan en los metabolitos, son escasos los que aprovechan la biomasa completa. Esta podría ser una nueva generación de productos que reduciría los costes de extracción y crearía nuevos productos manteniendo una calidad óptima.
En Algaldo, colaboramos con la Universidad Autónoma de Madrid, específicamente con el departamento de Química Física, en la extracción de compuestos bioactivos mediante técnicas verdes. Estas técnicas, que no utilizan solventes perjudiciales o contaminantes, logran una eficacia del 100% y una pureza máxima. Somos conscientes de que, en el ámbito cosmético, la pureza del compuesto es un factor determinante para el desarrollo y lanzamiento exitoso de un nuevo producto.
Estas técnicas, altamente innovadoras, no generan residuos y permiten aprovechar directamente la biomasa de microalgas.
1. Miguel S.P., Ribeiro M.P., Otero A., Coutinho P. Application of microalgae and microalgal bioactive compounds in skin regeneration. Algal Res. 2021; 58:102395. doi: 10.1016/j.algal.2021.102395. [DOI] [Google Scholar]
2. Matsui M.S., Muizzuddin N., Arad S., Marenus K. Sulfated polysaccharides from red microalgae have antiinflammatory properties In Vitro and In Vivo. Appl. Biochem. Biotechnol. 2003; 104:13–22. doi: 10.1385/ABAB:104:1:13. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
3. Syarina P.N.A., Karthivashan G., Abas F., Arulselvan P., Fakurazi S. Wound healing potential of Spirulina platensis extracts on human dermal fibroblast cells. EXCLI J. 2015; 14:385–393. doi: 10.17179/excli2014-697. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
4. Guzmán F., Wong G., Román T., Cárdenas C., Alvárez C., Schmitt P., Albericio F., Rojas V. Identification of Antimicrobial Peptides from the Microalgae Tetraselmis suecica (Kylin) Butcher and Bactericidal Activity Improvement. Mar. Drugs. 2019 17:44. doi: 10.3390/md1708044. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
5. Alsenani F., Tupally K.R., Chua E.T., Eltanahy E., Alsufyani H., Parekh H.S., Schenk P.M. Evaluation of microalgae and cyanobacteria as potential sources of antimicrobial compounds. Saudi Pharm. J. 2020; 28:1834–1841. doi: 10.1016/j.jsps.2020.11.010. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
6. Mukherjee C., Suryawanshi P.G., Kalita M.C., Deka D., Aranda D.A.G., Goud V.V. Polarity-wise successive solvent extraction of Scenedesmus obliquus biomass and characterization of the crude extracts for broad-spectrum antibacterial activity. Biomass Convers. Biorefin. 2022 doi: 10.1007/s13399-022-02432-1. [DOI] [Google Scholar]
7. Cepas V., Gutiérrez-Del-Río I., López Y., Redondo-Blanco S., Gabasa Y., Iglesias M.J., Soengas R., Fernández-Lorenzo A., López-Ibáñez S., Villar C.J., et al. Microalgae and Cyanobacteria Strains as Producers of Lipids with Antibacterial and Antibiofilm Activity. Mar. Drugs. 2021; 19:675. doi: 10.3390/md19120675. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
8. Potocki L., Oklejewicz B., Kuna E., Szpyrka E., Duda M., Zuczek J. Application of Green Algal Planktochlorella nurekis Biomasses to Modulate Growth of Selected Microbial Species. Molecules. 2021; 26:4038. doi: 10.3390/molecules26134038. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
9. Marrez D.A., Naguib M.M., Sultan Y., Higazy A.M. Antimicrobial and anticancer activities of Scenedesmus obliquus metabolites. Heliyon. 2019;5: e01404. doi: 10.1016/j.heliyon. 2019.e01404. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
10. Chester K., Zahiruddin S., Ahmad A., Khan W., Paliwal S., Ahmad S. Bioautography-based identification of antioxidant me-tabolites of Solanum nigrum L. and exploration its hepatoprotective potential against D-galactosamine-induced hepatic fi-brosis in rats. Phcog. Mag. 2019;15(Suppl. S1):104–110. [Google Scholar]
11. Lauritano C., Andersen J.H., Hansen E., Albrigtsen M., Escalera L., Esposito F., Helland K., Hanssen K.Ø., Romano G., Ianora A. Bioactivity Screening of Microalgae for Antioxidant, Anti-Inflammatory, Anticancer, Anti-Diabetes, and Antibacterial Activities. Front. Mar. Sci. 2016;3:68. doi: 10.3389/fmars.2016.00068. [DOI] [Google Scholar]
12. De Jager T.L., Cockrell A.E., Du Plessis S.S. Ultraviolet Light in Human Health, Diseases and Environment. Volume 996. Springer; Cham, Switzerland: 2017. Ultraviolet Light Induced Generation of Reactive Oxygen Species; pp. 15–23. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
13. Sansone C., Brunet C. Promises and Challenges of Microalgal Antioxidant Production. Antioxidants. 2019 8:199. doi: 10.3390/antiox8070199. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
14. Vechtomova Y.L., Telegina T.A., Buglak A.A., Kritsky M.S. UV radiation in DNA damage and repair involving DNA photos and cryptochromes. Biomedicines. 2021; 9:1564. doi: 10.3390/biomedicines9111564. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
15. Goiris K., Muylaert K., Fraeye I., Foubert I., De Brabanter J., De Cooman L. Antioxidant potential of microalgae in relation to their phenolic and carotenoid content. J. Appl. Phycol. 2012; 24:1477–1486. doi: 10.1007/s10811-012-9804-6. [DOI] [Google Scholar]
16. Lekshmi S., Saramma A.V. Antioxidant activity of synechococcus sp. Nägeli isolated from cochin estuary, India. Indian J. Geo-Mar. Sci. 2018; 47:2213–2216. [Google Scholar]
17. Foo S.C., Yusoff F.M., Ismail M., Basri M., Yau S.K., Khong N.M.H., Chan K.W., Ebrahimi M. Antioxidant capacities of fucoxanthin-producing algae as influenced by their carotenoid and phenolic contents. J. Biotechnol. 2017; 241:175–183. doi: 10.1016/j.jbiotec.2016.11.026. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
18. Jerez-Martel I., García-Poza S., Rodríguez-Martel G., Rico M., Afonso-Olivares C., Gómez-Pinchetti J.L. Phenolic Profile and Antioxidant Activity of Crude Extracts from Microalgae and Cyanobacteria Strains. J. Food Qual. 2017; 2017:2924508. doi: 10.1155/2017/2924508. [DOI] [Google Scholar]
19. Koyande A.K., Chew K.W., Rambabu K., Tao Y., Chu D.-T., Show P.-L. Microalgae: A potential alternative to health supplementation for humans. Food Sci. Hum. Wellness. 2019 8:16–24. doi: 10.1016/j.fshw.2019.03.001. [DOI] [Google Scholar]
20. Gouveia L., Batista A.P., Sousa I., Raymundo A., Bandarra N.M. Microalgae in Novel Food Products. Nova Science Publishers; New York, NY, USA: 2009. [Google Scholar]
21. Aditi N., Jaishini C., Raisa F., Aamna K., Rupali B. Photosynthetic pigments, lipids and 22. Seth K., Kumar A., Rastogi R.P., Meena M., Vinayak V. Harish Bioprospecting of fucoxanthin from diatoms—Challenges and perspectives. Algal Res. 2021; 60:102475. doi: 10.1016/j.algal.2021.102475. [DOI] [Google Scholar]
23. Su J., Guo K., Huang M., Liu Y., Zhang J., Sun L., Li D., Pang K.-L., Wang G., Chen L., et al. Fucoxanthin, a Marine Xanthophyll Isolated from Conticribra weissflogii ND-8: Preventive Anti-Inflammatory Effect in a Mouse Model of Sepsis. Front. Pharmacol. 2019 10:906. doi: 10.3389/fphar.2019.00906. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
24. Zarekarizi A., Hoffmann L., Burritt D. Approaches for the sustainable production of fucoxanthin, a xanthophyll with potential health benefits. J. Appl. Phycol. 2019 31:281–299. doi: 10.1007/s10811-018-1558-3. [DOI] [Google Scholar]
25. Vinayak V. Biomass, Biofuels, Biochemicals. ELSIVIER; Alpharetta, GA, USA: 2021. Algae as sustainable food in space missions; pp. 517–540. [Google Scholar]
26. Cycil L.M., Hausrath E.M., Ming D.W., Adcock C.T., Raymond J., Remias D., Ruemmele W.P. Investigating the Growth of Algae Under Low Atmospheric Pressures for Potential Food and Oxygen Production on Mars. Front. Microbiol. 2021; 12:199–225. doi: 10.3389/fmicb.2021.733244. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
27. Yarkent Ç., Gürlek C., Oncel S.S. Potential of microalgal compounds in trending natural cosmetics: A review. Sustain. Chem. Pharm. 2020:17. doi: 10.1016/j.scp.2020.100304. [DOI] [Google Scholar]
28. Becker E.W. Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology. Wiley Online Library; Hoboken, NJ, USA: 2004. Microalgae for Human and Animal Nutrition; pp. 461–503. [Google Scholar]
29. Galasso C., Gentile A., Orefice I., Ianora A., Bruno A., Noonan D.M., Sansone C., Albini A., Brunet C. Microalgal Derivatives as Potential Nutraceutical and Food Supplements for Human Health: A Focus on Cancer Prevention and Interception. Nutrients. 2019 11:1226. doi: 10.3390/nu11061226. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
30. Traber M.G., Stevens J.F. Vitamins C and E: Beneficial effects from a mechanistic perspective. Free Radic. Biol. Med. 2011; 51:1000–1013. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2011.05.017. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
31. Bellou S., Baeshen M.N., Elazzazy A.M., Aggeli D., Sayegh F., Aggelis G. Microalgal lipids biochemistry and biotechnological perspectives. Biotechnol. Adv. 2014;32:1476–1493. doi: 10.1016/j.biotechadv.2014.10.003. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
32. Martins A., Vieira H., Gaspar H., Santos S. Marketed marine natural products in the pharmaceutical and cosmeceutical industries: Tips for success. Mar. Drugs. 2014;12:1066–1101. doi: 10.3390/md12021066. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
33. Berthon J.-Y., Kappes R.N., Bey M., Cadoret J.-P., Renimel I., Filaire E. Marine algae as attractive source to skin care. Free Radic. Res. 2017;51:555–567. doi: 10.1080/10715762.2017.1355550. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
34. Shah M.M.R., Liang Y., Cheng J.J., Daroch M. Astaxanthin-Producing Green Microalga Haematococcus pluvialis: From Single Cell to High Value Commercial Products. Front. Plant Sci. 2016:7. doi: 10.3389/fpls.2016.00531. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
35. Gaucher C., Boudier A., Bonetti J., Clarot I., Leroy P., Parent M. Glutathione: Antioxidant properties dedicated to nanotechnologies. Antioxidants. 2018 7:62. doi: 10.3390/antiox7050062. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
36. Singh D.K., Pathak J., Pandey A., Singh V., Ahmed H., Kumar D., Rajneesh, Sinha R.P. Response of a rice-field cyanobacterium Anabaena sp. HKAR-7 upon exposure to ultraviolet-B radiation and ammonium chloride. Environ. Sustain. 2021;4:95–105. doi: 10.1007/s42398-020-00146-6. [DOI] [Google Scholar]
37. Bennett J., Soule T. Expression of Scytonemin Biosynthesis Genes under Alternative Stress Conditions in the Cyanobacterium Nostoc punctiforme. Microorganisms. 2022;10:427. doi: 10.3390/microorganisms10020427. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
38. Orellana G., Gómez-Silva B., Urrutia M., Galetović A. UV-A Irradiation Increases Scytonemin Biosynthesis in Cyanobacteria Inhabiting Halites at Salar Grande, Atacama Desert. Microorganisms. 2020;8:1690. doi: 10.3390/microorganisms8111690. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
39. Sibilla S., Godfrey M., Brewer S., Budh-Raja A., Genovese L. An overview of the beneficial effects of hydrolysed collagen as a nutraceutical on skin properties: Scientific background and clinical studies. Open Nutraceuticals J. 2015; 8:29–42. doi: 10.2174/1876396001508010029. [DOI] [Google Scholar]
40. Perin G., Bellan A., Bernardi A., Bezzo F., Morosinotto T. The potential of quantitative models to improve microalgae photosynthetic efficiency. Physiol. Plant. 2019 166:380–391. doi: 10.1111/ppl.12915. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
41. Mourelle M.L., Gómez C.P., Legido J.L. The Potential Use of Marine Microalgae and Cyanobacteria in Cosmetics and Thalassotherapy. Cosmetics. 2017; 4:46. doi: 10.3390/cosmetics4040046. [DOI] [Google Scholar]
42. Dixon C., Wilken L.R. Green microalgae biomolecule separations and recovery. Bioresour. Bioprocess. 2018 5:14. doi: 10.1186/s40643-018-0199-3. [DOI] [Google Scholar]
43. Sheih I.-C., Wu T.-K., Fang T.J. Antioxidant properties of a new antioxidative peptide from algae protein waste hydrolysate in different oxidation systems. Bioresour. Technol. 2009; 100:3419–3425. doi: 10.1016/j.biortech.2009.02.014. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
44. Yaakob Z., Ali E., Zainal A., Mohamad M., Takriff M.S. An overview: Biomolecules from microalgae for animal feed and aquaculture. J. Biol. Res. 2014; 21:6. doi: 10.1186/2241-5793-21-6. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
45. de la Noue J., de Pauw N. The potential of microalgal biotechnology: A review of production and uses of microalgae. Biotechnol. Adv. 1988; 6:725–770. doi: 10.1016/0734-9750(88)91921-0. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
