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Nuevos descubrimientos en microalgas representan atractivas oportunidades para la industria cosmética y alimentaria

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Dra. Patricia Gómez, directora de FICOLAB.

El Departamento de Botánica de la Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas de la Universidad de Concepción, alberga al Grupo de Investigación Microalgal FICOLAB que hasta la fecha ha trabajado en numerosos proyectos, desarrollando innovadoras aplicaciones con microalgas. Allí se resguarda la Colección de Cultivo de Microalgas CCM-UdeC, la más grande y diversa de Chile, con cerca de 350 cepas en cultivo, un tesoro de insospechadas aplicaciones, que la Dra. Patricia Gómez va descubriendo poco a poco con el desarrollo de nuevas investigaciones.

El Laboratorio en sí existe hace más de 30 años, pero fue en 2012 cuando se configuró como FICOLAB, debido a la visión de la bioquímico y académica del Departamento de Botánica de la FCNO, Dra. Patricia Gómez (actualmente a cargo), quien vio el potencial de dedicarse a proyectos aplicados.

“Teníamos poca visibilidad como laboratorio y no se hacían muchos proyectos aplicados. Cuando llegué a trabajar al laboratorio –hace ya 16 años- me empecé a interesar mucho por la ciencia aplicada, porque yo soy bioquímico de profesión, entonces vi en las microalgas un sustrato muy poco estudiado y con un enorme potencial para estudios genéticos, fisiológicos y biotecnológicos, desde entonces toda mi investigación siempre ha sido con microalgas de importancia económica”, recuerda la Dra. Patricia Gómez, y todo eso, en tiempos en los que la Biotecnología no estaba muy de moda.

“En mi tesis de pregrado trabajé con marcadores genéticos en macroalgas, entonces me di cuenta del gran potencial biotecnológico de las algas. Por ello, mi tesis de doctorado tuvo dos áreas: la ciencia más básica que era la que se hacía en el laboratorio, y un enfoque más aplicado, que era el que yo quería empezar a dar a mi investigación. Pero todavía no existían carreras de Biotecnología o Bioingeniería, o sea los bioquímicos que nos íbamos por el lado aplicado era por una opción personal y medio rebelde”, reflexiona la investigadora.

Equipo Ficolab en 2018.

El equipo de FICOLAB ha sido variable en el tiempo, dependiendo del financiamiento de los proyectos adjudicados. Actualmente en FICOLAB trabaja, como investigadora principal, la Dra. Patricia Gómez, junto a dos biólogas a cargo de la mantención del cepario: Ana Silvia Cifuentes e Ingrid Inostroza, la técnico María Dávila, además de personal fluctuando en base a proyectos de investigación y estudiantes de pre y postgrado. Esto último ha generado un importante número de tesis, publicaciones científicas y libros asociados a FICOLAB.

El crecimiento del laboratorio en infraestructura y equipamiento se ha ido dando gradualmente en el tiempo. Hoy FICOLAB cuenta con un laboratorio de cultivo de microalgas totalmente equipado, salas de cultivo con condiciones controladas, un laboratorio de procesamiento y análisis, además de una planta piloto de  investigación, que incluye un invernadero de 30 m2 climatizado para cultivo en condiciones semi-controladas e instalaciones al aire libre para cultivos de hasta 700L. El principal financiamiento para generar esta valiosa infraestructura ha venido de fondos externos como FONDEF (Conicyt) y el Consorcio de Biocombustibles Algales ALGAEFUELS S. A. (financiamiento Corfo, Ministerio de Energía y empresas privadas), en el cual FICOLAB participó como co-ejecutor por 5 años.

Cabe destacar también que el sustrato de trabajo de FICOLAB son las microalgas en toda su dimensión. Se trata de un laboratorio que se mueve entre la biología molecular y los cultivos masivos, lo que le da un perfil único en Chile. “En otros laboratorios que trabajan con microalgas trabajan en una u otra etapa, nosotros podemos hacer desde estudios de taxonomía o diversidad genética utilizando herramientas moleculares hasta escalar cultivos a 700 L y procesarlos en nuestra planta piloto”, recalca la Dra. Patricia Gómez. “Esta es una escala de trabajo importante ya que nos permite hacer pruebas en condiciones más reales, similares a las que se usan en los cultivos masivos que se hacen con fines comerciales”, agregó.

Un tesoro diverso

Bajo el alero de FICOLAB se resguarda y mantiene la Colección de Cultivo de Microalgas de la Universidad de Concepción (CCM-UdeC), iniciada en 1987 por los profesores Oscar Parra (actualmente profesor emérito) y Mariela González (ya jubilada). Inicialmente, la mayoría de las cepas provenían de lagos y pozas (agua dulce e hipersalinas) de diferentes localidades del país.

Las cepas marinas comenzaron a ser incorporadas a la Colección gracias a tres proyectos nacionales (FONDEF AQ041-1022, FONDEF DO71- 1017, FONDEF DO71- 1063) y, posteriormente, gracias a la participación de FICOLAB en el Consorcio de Biocombustibles Algales ALGAEFUELS S.A.

A partir del año 2008 el grupo de investigación comenzó una colaboración con el Centro COPAS Sur Austral, de la cual se generó una Colección de Cultivo de Microalgas Marinas (sigla CSA), que incluye 57 cepas marinas, colección que fue donada y actualmente también forma para de la colección CCM-UdeC. De esta colaboración destaca como resultado la publicación de un catálogo fotográfico de fitoplancton marino que pronto lanzará su tercera edición.

Las cepas depositadas en este momento en la Colección pertenecen a diversos grupos taxonómicos como: Chlorophyta, Ochrophyta-Bacillariophyceae, Ochrophyta-Raphidiophyceae, Ochrophyta-Eustigmatophyceae, Cryptophyta, Haptophyta, Dinophyta, Rhodophyta y Cyanophyta.

A nivel Latinoamericano el Cepario CCM-UdeC es uno de los más completos, ya que posee una gran diversidad de especies, provenientes de distintos ambientes y orígenes geográficos.

“Nuestro cepario es muy diverso, en él hay depositadas microalgas de prácticamente todos los grupos taxonómicos y eso es algo muy valioso, porque nos permite también apoyar la docencia. Nuestros estudiantes –los futuros biólogos UdeC- tienen la ventaja que en sus cursos de Biodiversidad pueden ver cepas de todos los grupos taxonómicos y vivas, en cultivo y creciendo. No ven una foto o una cepa fijada y eso es muy formativo. Sin embargo, el desafío es grande, ya que mantener un cepario vivo (no criopreservado), es muy demandante en tiempo y recursos” explica la directora de FICOLAB, Dra. Patricia Gómez.

Como parte de su protocolo interno, el Cepario CCM-UdeC mantiene un servicio de venta de cepas y, en ese caso, ellos deciden si es posible o no vender determinadas cepas, sobre todo si se trata de ejemplares nacionales comprometidos en alguna investigación científica o solicitud de patente.

El potencial de los Omega-3

En el último tiempo, FICOLAB ha trabajado en dos proyectos Fondef IDEA concurso en Dos Etapas, con innovaciones con microalgas que apuntan a la industria cosmética y alimentaria.

Proyecto FONDEF ID14I10312: “Desarrollo de alimentos funcionales para adultos mayores, enriquecidos con ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (LC-PUFAS) de la familia omega-3, derivados de microalgas”, fue el nombre de la iniciativa que demostró que es posible extraer y estabilizar aceite  de microalgas rico en omega-3 para alimentación humana.

En FICOLAB obtuvieron un aceite de microalgas rico en EPA y DHA y que resultó ser más estable que el aceite de pescado. Lo microencapsularon, adicionaron a alimentos del Programa PACAM del Ministerio de Salud y tuvieron una buena aceptación en el panel sensorial realizado con adultos mayores. En este proyecto fue fundamental el trabajo asociativo con el Dr. Alfonso Valenzuela del INTA y la Dra. Cristina Vergara de la Fundación Fraunhofer.  “Este aceite en base a microalgas es muy atractivo, porque el aceite de pescado es muy inestable y ese es uno de los principales problemas que tiene su manipulación e incorporación a matrices complejas de alimentos”, dice la Dra. Patricia Gómez.

Actualmente los aceites de pescado están en cuestionamiento a nivel mundial y muy pronto será necesario buscar una alternativa. La contaminación y los problemas relacionados con la captura juegan en contra del aceite de pescado como fuente de omega-3. En cambio, la gran ventaja de las microalgas es que se pueden cultivar, por lo que se trata de un sistema absolutamente renovable y sustentable.

Este proyecto, a pesar de haber cumplido sus objetivos y haber obtenido un excelente prototipo, no fue seleccionado para una segunda etapa de financiamiento, etapa en la que FICOLAB buscaría optimizar, desde el punto de vista económico, las etapas del proceso. De todas maneras, la Dra. Patricia Gómez no descarta buscar otras ventanas de financiamiento que permitan retomar los excelentes resultados obtenidos.

Microalgas en dermocosmética

Otro proyecto atractivo del último tiempo desarrollado en Ficolab, fue el FONDEF ID15I10333: “Desarrollo de una formulación dermatológica natural con actividad fotoprotectora, antioxidante, antiinflamatoria y reparadora, en base a extractos derivados de microalgas”.

En la diversidad del cepario CCM-UdeC, la Dra. Patricia Gómez encontró una cepa proveniente de la Patagonia, con propiedades muy interesantes de absorción en la región UV del espectro. Esto la motivó a utilizarla para producir un producto dermocosmético con propiedades fotoprotectoras, al que se propuso agregar, además, extractos de otras dos microalgas que aportaran propiedades antioxidante, antiinflamatoria y antigenotóxica.

“Actualmente  las lociones y cremas con actividad fotoprotectora disponibles en el mercado, incluyen en su formulación filtros físicos y químicos que actúan bloqueando la radiación UV. Si bien estos compuestos tienen efectividad como fotoprotectores, muchos de ellos han mostrado efectos secundarios no deseados en los usuarios, como reacciones alérgicas, dermatitis de contacto y reacciones fototóxicas, por lo que existe una tendencia mundial hacia el desarrollo de protectores solares que contengan productos naturales o compuestos bioactivos (generalmente derivados de vegetales) con actividad fotoprotectora debido a su presumible seguridad de uso (hipoalergenicidad, fotoestabilidad, antigenotoxicidad) e inocuidad para el medio ambiente”, aclara la Dra. Gómez.

Formulación de prototipos.

Además de la propiedad fotoprotectora, se agregaron otros ingredientes derivados de microalgas a la fórmula, pensando en aportar propiedades adicionales al producto final, lo cual está de acuerdo con las tendencias de mercado actuales en cosmética (productos multifuncionales). Fue así que utilizaron una microalga productora de betacaroteno y un extracto de otra microalga con propiedades antioxidantes y antiinflamatorias. En este caso, la fase acuosa y oleosa de las cremas dio cierta flexibilidad para agregar extractos de distinta naturaleza.

La potente actividad antiinflamatoria detectada en uno de los extractos fue uno de los resultados más interesantes del proyecto porque esta es una propiedad de gran interés en la cosmética actual, la inflamación está muy relacionada con el envejecimiento y también con ciertas enfermedades de la piel. Entonces los productos cosméticos que incorporan compuestos antiinflamatorios en sus fórmulas, también aportan propiedades anti edad.

Formulación de prototipos.

Además, la propiedad antiinflamatoria del extracto abre otras posibilidades de investigación para Ficolab, enfocado también en otros rubros como el de los alimentos funcionales, donde ya empezaron a incursionar, y en el de los nutracéuticos. “Comparado con la Aspirina, que es el antiinflamatorio  más conocido que se usa como estándar en todas las comparaciones, a la misma concentración nuestro extracto era 50 ó 60 veces más potente y eso es muy interesante porque además de poder usarlo como producto cosmético, se abre un mundo de posibilidades para utilizarlo como fármaco o nutracéutico, para otras enfermedades que cursan con inflamación, por ejemplo, algunas enfermedades gastrointestinales, la artritis, la artrosis y casi todas las enfermedades crónicas”, explica la especialista.

“En este proyecto, logramos producir en cultivos masivos en la UdeC las biomasas de las 3 microalgas usadas para la formulación de las cremas. Extrajimos sus extractos y evaluamos sus propiedades funcionales in vitro. Luego los usamos como ingredientes cosméticos en forma individual y combinados. La principal ventaja de las microalgas como materia prima para la industria cosmética es que se pueden cultivar, son por lo tanto un recurso renovable y sustentable, cuya producción es además amigable con el medio ambiente, ya que en su proceso fotosintético las microalgas consumen CO2, un gas con efecto invernadero”, dice la Dra. Patricia Gómez.

Las microalgas han demostrado ser una muy buena materia prima para la industria alimentaria, humana y animal, también en el desarrollo de biocombustibles y con grandes potenciales farmacológicos. Su exploración en el área de la cosmética está recién comenzando, y es en esta área, donde presenta atractivas ventajas, ya que para trabajar en fórmulas para cosmética, se requieren de pequeñas dosis de los principios activos. Considerando los elevados precios de los productos cosméticos, es un área de desarrollo que sin duda se adapta a la perfección a la industria muy fina del cultivo de microalgas.

La experiencia extranjera también debería decirnos algo. En otros países, como Estados Unidos, China, Israel o Australia, existen enormes campos de cultivo de microalgas, que son destinadas a diversos desarrollos industriales. Estos cultivos masivos generalmente se instalan en zonas desérticas. Al contrario de lo que ocurre en nuestro país, donde ha costado mucho que se masifique a nivel comercial, ya que existen solo dos empresas instaladas en el norte produciendo Spirulina (suplemento nutricional) y Haematococcus (fuente de astaxantina).

El prototipo ideal

Durante la ejecución del proyecto se desarrollaron seis prototipos de cremas con distintas proporciones de los extractos, a través de un subcontrato con la empresa de cosmética natural, Floresencia. Los seis prototipos fueron sometidos a pruebas de aceptación a través de un panel sensorial, para que las personas evaluaran el color, olor y textura, es decir las propiedades cosméticas de las cremas.

“En paralelo hicimos pruebas de estabilidad cosmética a los prototipos, lo que consiste en someterlos a distintas condiciones de temperatura y determinar cambios de color, olor, acidez, viscosidad, separación de fases y aparición de contaminación microbiológica.  Algunos prototipos no pasaron estas pruebas, pero la mayoría si lo hizo, entonces seleccionamos al prototipo final en base a su aceptación cosmética y a su desempeño en estas pruebas de estabilidad”, describe la investigadora.

El proyecto culminó con un prototipo de una formulación totalmente natural, con potentes propiedades funcionales evaluadas in vitro y que cumple con los requisitos de inocuidad, estabilidad y propiedades cosméticas de un producto dermocosmético.

Debido a la tramitación del formato de ese concurso FONDEF, sólo faltó concretar los análisis de factor solar o SFP, in vivo (en humanos) lo cual queda por realizar en un laboratorio estadounidense, especialista en la materia. Sin embargo, dicho extracto en pruebas in vitro realizadas en la UdeC arrojó un factor alto de SPF 50.

Las cremas fotoprotectoras tienen un costo elevado y contienen una serie de compuestos sintéticos, filtros físicos y químicos. Incluyen una mezcla de compuestos, de los cuáles muchas veces ignoramos sus efectos reales en la salud. ¿Y qué pasa cuando las personas son alérgicas y se exponen a estos compuestos? Muchas veces las personas ignoran que son alérgicas a determinados compuestos, y al aplicarse ciertos productos, terminan generando un daño permanente en su piel.

Estas interrogantes surgen hoy cuando además vemos que existe una conciencia colectiva de volver a lo natural, cuidando también los procedimientos en la industria, como por ejemplo, el rechazo al testeo en animales. Es un mundo nuevo, que de a poco se va a abriendo camino ¡y qué curioso! Que estas nuevas luces se den justamente desde el tesoro diverso de un mundo pequeño: el de las microalgas.