Boletín
Nº 205 - enero 2020
Microbiología Industrial:
Estudian metabolismo de microalgas
para optimizar su potencial productivo
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Investigación
es apoyada por el Programa de Reinserción de Investigadores del CONICIT
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Condiciones
de sol y temperatura contribuyen con la investigación en el país.
Silvia Arias
Periodista CONICIT
sarias@conicit.go.cr
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Una micro alga no se puede ver a simple vista, son muy
pequeñitas, miden de dos a diez micras, y para darse una mejor idea de su
tamaño, en un milímetro caben aproximadamente cien de ellas, sin embargo,
tienen un reconocido potencial para ser utilizado en la producción
industrial.
La biotecnología de microalgas
ha cobrado una importancia considerable en las últimas décadas considerando
su potencial de producción de biomasa para utilización en el sector de
alimentos o agropecuario, hasta la formación de productos de alto valor
agregado. Es así como, tomando en cuenta la biodiversidad de microalgas y la evolución reciente de la ingeniería
genética, estos organismos son considerados fuentes prometedoras para nuevos
productos y aplicaciones que, con el desarrollo de la biotecnología pueden
satisfacer las altas exigencias de la industria alimentaria y farmacéutica.
En nuestro país, una investigación analiza el metabolismo
de las plantas con el fin de poder optimizar su capacidad productiva mediante
"ingeniería metabólica". Estos pequeñísimos seres vivos son la pasión del Dr.
Andrés Sánchez Kopper quien investiga su potencial
con el apoyo del Programa de Reinserción de Investigadores del CONICIT.
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Un logro importante en cuanto a equipamiento "ha sido
la adquisición de una citometría de flujo lo que
nos permite hacer algo que la mayoría de investigadores no realiza y es
contar cada una de las células individualmente y además de eso probé una idea
de cuantas están vivas y cuantas están muertas" comentó el investigador.
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Investigaciones
en Microbiología Industrial como la que realiza el Dr. Sánchez en el
Laboratorio de la Escuela de Química del Tecnológico de Costa Rica, buscan
entre otros, producir aminoácidos con alto valor agregado que sustituyan los
derivados de petróleo. Estos productos alternativos son requeridos por
importantes mercados alrededor del mundo tales como el alimentario, energético,
salud y hasta ambiental, al ser las microalgas
organismos fijadores de dióxido de carbono.
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Bioreactor con cultivos
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Una de las compañías reconocida en el secor
de Microbiología Industrial es "Evonik" que
recientemente abrió una planta en Nebraska y han logrado producir, por medio
de una microalga, el 15% del Omega-3 en el mercado
mundial.
Otro ejemplo interesante es la producción de uno de los
aminoácidos de alto interés en la nutrición animal, la "metionina" en la
actualidad es básicamente producida mediante síntesis orgánica a partir de
derivados del petróleo, sin embargo ya hay una
compañía que lo produce con una bacteria incursionando fuertemente en el
mercado
Básicamente la investigación del Dr. Sánchez Kopper
consiste en conocer cómo funciona el metabolismo de cada una de las especies
de microalgas para observar su potencial productivo
y posteriormente poder potenicarlo mediante cambios
a nivel genético La metodología que se utiliza es conocida como "análisis de
flujos metabólicos" y se utiliza especialmente en organismos autótrofos, o
sea aquellos que utilizan luz y CO2 como alimento para vivir.
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"Se ha realizado bastante investigación en las especies que
se utilizan a nivel industrial como por ejemplo para el e-coli y levaduras, hasta hace poquito se
comenzó a hacer investigación en células de mamíferos que se utilizan para
producción de anticuerpos y hay trabajos realizados en cianobacterias (capaces
de realizar fotosíntesis oxigénica) pero el trabajo
realizado en micro algas es muy pocob", comentó el
Dr. Sánchez Kopper con quien conversamos en su
laboratorio.
La poca investigación realizada en microalgas
es, a criterio del doctor, un asunto de interés. "El enfoque en la producción
industrial es así, si ya obtuvimos una
bacteria que produce lo que quiero pues ya no necesito investigar más, además de que la investigación en este tipo
de procesos se da especialmente en los
países desarrollados y, en lo que se refiere a las microalgas
esos países no tienen condiciones para producción industrial porque para ello
se necesita sol, temperatura y agua y un país desarrollado como Estados Unidos
o los países de Europa son situaciones que no se dan todo el tiempo, entonces la producción no sería eficiente, y
para ellos no tiene tanto sentido" explicó el Dr. Sánchez.
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Cuadro de datos
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¿Quién es el Dr. Andrés Sánchez Kopper?
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El Dr. Sánchez Kopper tiene escasos 40 años de edad, casado y es
padre de dos niños, uno de ellos nación en Alemania mientras realizaba
allá su doctorado.
Con una
permanente sonrisa que irradia también destellos de amabilidad, nos
atendió en su oficina en la Escuela de Química del Instituto Tecnológico
de Costa Rica donde es docente y también realiza investigación.
Es químico de
formación y en el año 2009 terminó su Maestría en Síntesis Orgánica en la
Universidad de Costa Rica (UCR). Posteriormente trabajando en el TEC se
le presentó la oportunidad de optar por un doctorado con el convenio
ALECOSTA, que es apoyado por el Servicio Alemán de Intercambio Académico
(DAAD).
Durante su
doctorado en Alemania trabajó con el Dr. Ralf Takors del Instituto en Ingeniería Bioquímica de la
Universidad de Stuttgart.
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El Dr. Sánchez Kopper
con algunos de sus estudiantes
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En este centro de
investigación, se diseñan procesos de biotecnología industrial que
consideran diferentes etapas, por ejemplo, desde la producción de una cepa
de un microorganismo con el fin de que produzca algún elemento específico,
hasta el funcionamiento de ese microorganismo produciendo ese elemento para
posteriormente llevarlo a cultivo en bioreactor y
escalarlo. El Instituto hace todo el proceso, tiene diferentes secciones de
cada área.
Sánchez Kopper confiesa que "siempre me interesó mucho la
producción con microrganismos y para el doctorado busqué opciones donde
podría entrar como químico, considerando que este es un mundo especialmente
donde priva la biotecnología y a biología, contacté con el Dr. Dr. Ralf Takors de la Universidad
de Stuttgart en Alemania, él es el director del Instituto de Ingeniería
Bioquímica donde lo que hacen es justamente diseñar los procesos de
biotecnología industrial".
Con respecto al
desarrollo de este tipo de investigación en Costa Rica, afirma que las
instalaciones del CENIBiot-CeNAT están diseñadas para generar bioprocesos y son muy similares al instituto donde
trabajó en Stuttgart, por lo que señala que es un centro con gran
potencial.
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Metabolismos particulares de las microalgas
Específicamente el
proyecto denominado "Análisis de flujos metabólicos compartimentalizados en microalgas
autóctonas de Costa Rica", evalúa sepas de microalgas
en su potencial productivo. El equipo de
investigadores que trabaja con el Dr. Sánchez utiliza cepas que les son
proporcionadas por laboratorio de microalgas del TEC.
"La idea del
proyecto es probar cuatro sepas de cuatro diferentes especies cada una con sus
características particulares y con un "plus", Por ejemplo, hay una típica que
es la Chlorella
la cual se utiliza como referencia especialmente por ser muy estudiada. La Isochrysis es una
cepa marina que tiene un componente interesante ya que se puede usar agua
marina para su producción pero además tiene potencial
para producir pigmentos. Adicionalmente estudiamos la Nannochloropsis que es una de las
especies de crecimiento más rápido y eso para producción siempre es
interesante, y finalmente estudiamos la Tetraselmis, que es interesante porque tiene varias etapas
de crecimiento muy marcadas que a futuro se puede intentar manipular para
producir algo en específico", explicó Sánchez.
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Estudiantes en el laboratorio
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Cuadro de datos
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Equipo de investigación
El
equipo de investigación está conformado por:
Andrés Sánchez Kopper
Maritza Guerrero Barrantes
Francinie Murillo Vega
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Actualmente la investigación lleva analizadas dos de las
cuatro cepas, Chlorella e Isochrysis
la cual se caracteriza por crecer en densidades celulares muy altas en
comparación con lo reportado en la literatura. "Según lo que hemos logrado
observar de su metabolismo, comparada con la referencia que es Chlorella, parece que es muy
buena produciendo aminoácidos, esto significa que a futuro se puede redireccionar el metabolismo con ingeniería metabólica
para producir algún aminoácido específico en una cantidad considerable para
vender.
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El Dr. Andrés Sánchez y su equipo esperan que el proyecto
esté concluido este año y publicar alrededor de tres publicaciones en revistas
científicas.
Microbiología Industrial en Costa Rica
A criterio del experto, el campo de la microbiología
industrial en el país no está tan desarrollado como debería, considerando esto,
cuando regresó al país luego de su doctorado comenzó "a armar sus propios
proyectos de investigación", inicialmente con un proyecto financiado por el
Instituto tecnológico de Costa Rica
Lamentablemente el financiamiento generalmente es
insuficiente para tener todo el equipo necesario para desarrollar la
investigación, sin embargo, en esta oportunidad el Programa de Reinserción de
Investigadores del CONICIT ha contribuido sustancialmente al avance de esta
línea de investigación "Si no hubiera sido por esta oportunidad hubiera durado
al menos unos cinco años intentando conseguir todo el equipamiento necesario",
afirmó el joven científico.
"Hace falta virar hacia la Microbiología Industrial y es
básicamente porque en Costa Rica los biológos
se dedican más a biodiversidad y algunos en genética pero no tanto con enfoques
hacia la producción industrial usando microorganismos y quien hace
microbiología generalmente hace microbiología clínica, la generación de
productos utilizando microorganismos como máquinas de producción es una
excelente oportunidad para el país para generar industria" finalizó el experto.