Investigación UdeC establece nueva vía para producir proteína que repara daños por rayos ultravioleta

Una investigación realizada en la Facultad de Farmacia de la UdeC estableció un nuevo bioproceso para la obtención de fotoliasa, una proteína presente en algunas microalgas verde azuladas, conocidas como cianobacterias.

Este proyecto Fondecyt Posdoctoral (N°3210523) tuvo como objetivo identificar especies alternativas de la cual actualmente se extrae fotoliasa, reconocido por su capacidad de reparar el daño en el ADN causado por la radiación ultravioleta (R-UV).

Esta proteína es utilizada en diversas formulaciones fotoprotectoras en la industria dermatológica y cosmética. De hecho, los dermatólogos recomiendan productos con fotoliasa para la proteger o regenerar la piel, cuenta el académico del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Alejandro Vallejos Almirall.

El Doctor en Ciencias y Tecnología Analítica señala que la producción de fotoliasa para la industria cosmética y dermatológica se ha basado principalmente en la obtención de un extracto proteico natural sin purificación, a partir de la cianobacteria Synechococcus spp., una especie ampliamente distribuida y abundante.

Durante su tesis doctoral, Vallejos trabajó con esta alga, optimizando el proceso para mejorar la obtención de fotoliasa en Synechococcus. Con estos conocimientos, en su investigación postdoctoral buscó diversificar las fuentes de extracción de esta proteína para su uso cosmético.

Como alternativa, eligió Haematococcus lacustris y Dunaliella salina, dos microalgas que son las principales fuentes de carotenoides de alto valor comercial para consumo humano, astaxantina y betacaroteno, respectivamente.

Vallejos recuerda que cuando inició su investigación doctoral había muy pocas publicaciones sobre fotoliasa en especies de Haematococcus. “Si bien fotoliasa estaba en el genoma de esta especie, su actividad in vitro no se había determinado, lo cual daba pie para estudiarla como una alternativa novedosa y escalable”, comenta.

Asimismo, el equipo decidió trabajar con Dunaliella salina, una microalga en la que ya se había identificado fotoliasa, pero cuyo proceso de producción no estaba resuelto como un bioproceso.

Carotenos y fotoliasas

En ambas especies, la generación de moléculas carotenoides es estimulada mediante luces LED de cultivo blancas y azules, la misma tecnología que sirve para inducir la generación de fotoliasa en otros organismos.

Las luces LED, explica el Dr. Vallejos, se han utilizado en investigaciones ambientales para evaluar respuestas de estrés y mecanismos de adaptación de microorganismos ante el cambio climático, y en ciertos bioprocesos algales.

“Está reportado que los microorganismos expuestos a diferentes intensidades de luz y R-UV, como un estrés simulado, generan mayor producción o expresión de fotoliasas. Sin embargo, esto no se había aplicado en un bioproceso de producción específico de fotoliasa propiamente tal, ni menos acoplado a la producción de carotenos”, cuenta el investigador.

Ahí radica la innovación de este proyecto que reproduce, en un bioproceso,  un comportamiento que ocurre a nivel ecológico para hacer crecer las microalgas bajo condiciones ideales y luego aplicar luces en distintas intensidades y períodos para fomentar la producción de compuestos de interés.

Así, la investigación se centró en el desarrollo de un bioproceso para inducir el crecimiento de biomasa de H. lacustris y D. salina con luces LED y R-UV para conseguir carotenos y fotoliasas de forma simultánea.  

De este modo, estas luces se posicionan como una alternativa viable y ecológica de energía para este tipo de cultivos.

Rendimientos viables

Los conocimientos aportados al área por el proyecto son una contribución para el desarrollo de un nuevo producto biotecnológico -una fotoliasa acoplada a un bioproceso ya establecido para la producción de carotenos- que, además, permite un mayor aprovechamiento de los recursos.

“Los cultivos de microalgas son caros; los productos en base a microalgas tienen un valor elevado, porque la producción es cara. Por lo tanto, si logramos diversificar los productos y extraer varios compuestos valiosos a partir de la misma biomasa, el costo de producción disminuye”, afirma el investigador.

La tecnología se escaló también en España en una colaboración con el Grupo de Biotecnología de Microalgas Marinas la Universidad de Almería (España), con una producción máxima en un biorreactor de columna de tres litros, pruebas que dan cuenta de “rendimientos viables en la obtención de fotoliasa para el uso cosmético con la microalga D. salina”, según indica Vallejos.

El desafío ahora es continuar avanzando en los conocimientos de las capacidades que tienen este tipo de microrganismos para actuar como biofactorías naturales, produciendo compuestos que pueden tener aplicaciones cosméticas, nutricionales o en salud.

El especialista ya está involucrado en dos estudios: un proyecto Fondef IdeA- SIA (ID24I-10297) para el desarrollo de un cultivo inductivo y obtención de una enzima reparadora de ADN a partir de la cianobacteria Arthrospira spp. y un nuevo Fondecyt Regular (N°1251990), que busca entender con profundidad los efectos de la luz en el cultivo de Sinechococcus spp. mediante herramientas ómicas y optimizar su extracción.

El Dr. Vallejos reconoce en estos desarrollos los aportes realizados por el equipo de trabajo del Laboratorio Gibmar del Centro de Biotecnología UdeC, a cargo del Dr. Cristian Agurto, y el apoyo de la Facultad de Farmacia.