Los científicos han descubierto un proceso de reproducción sexual en las microalgas que les ayuda a comprender mejor la evolución de las algas y las plantas.
por Organización de Investigación de Información y Sistemas
Su descubrimiento podría dar lugar a nuevas aplicaciones industriales para las microalgas, que van desde el tratamiento de aguas residuales hasta la producción de ingredientes y pigmentos alimentarios.
El equipo de investigación japonés publicó sus hallazgos en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 3 de octubre de 2022.
El equipo realizó sus estudios sobre Galdieria, una especie unicelular de microalgas rojas que se encuentran en las aguas termales de ácido sulfúrico de todo el mundo y que se espera que sea una importante fuente de nutrición para los humanos. Las microalgas poseen una alta capacidad de fijación de dióxido de carbono. Esta fijación es el proceso por el cual el dióxido de carbono se transforma en compuestos orgánicos. La capacidad de fijación de las microalgas es mayor que la de las plantas y las microalgas contienen concentraciones más altas de proteínas, vitaminas y pigmentos. En los últimos años, los investigadores y las empresas han estado trabajando para desarrollar la Galdieria de rápido crecimiento como fuente industrial de vitaminas y pigmentos.
Galdieria es bastante versátil, capaz de generar su propia energía a través de la fotosíntesis, utilizando luz y dióxido de carbono. Utiliza una mezcla de diferentes fuentes de energía y carbono y obtiene sus nutrientes mediante el consumo de azúcares extracelulares o alcoholes de azúcar. Galdieria también puede tolerar niveles más altos de sal y metales pesados que muchas otras microalgas. Sin embargo, el tamaño del genoma de Galdieria es muy pequeño.
Debido a la versatilidad de Galdieria, los científicos lo consideran un sistema emergente para aplicaciones biotecnológicas. Sin embargo, debido a que Galdieria está rodeada por una pared celular gruesa y rígida , requiere un procesamiento físico intensivo en energía para extraer su contenido celular. La pared celular también dificulta la modificación genética de Galdieria.
Durante su investigación, el equipo aprendió que la forma de pared celular conocida de Galdieria es un diploide, un tipo de células que contienen dos juegos completos de cromosomas. Sin embargo, cuando estos diploides se exponen a un entorno específico, se produce un haploide sin pared celular y el haploide sin pared solo contiene un conjunto de cromosomas.
Para avanzar en su investigación, el equipo logró propagar de manera estable el haploide sin pared celular y convertir el haploide nuevamente en diploide. «Por lo tanto, descubrimos un proceso de reproducción sexual en las microalgas que surgió temprano en la evolución de las algas y las plantas», dijo Shunsuke Hirooka, profesor asistente del proyecto en el Instituto Nacional de Genética de Japón.
«Desarrollamos con éxito una técnica de modificación genética para Galderia utilizando el haploide sin pared celular. El procedimiento permite generar líneas de ‘autoclonación’ que no contienen ninguna secuencia de ADN heteróloga para uso industrial. Por ejemplo, hemos logrado generar algas de color azul (el azul es el color de la ficocianina, que se usa como colorante azul natural en ciertos productos alimenticios), que no existe de forma natural», dijo Shin-ya Miyagishima, profesor del Instituto Nacional de Genética de Japón.
Los hallazgos del equipo son significativos porque aunque la reproducción sexual también se encuentra en algunas algas unicelulares , los ancestros de las plantas, nunca se ha encontrado reproducción sexual en muchas algas unicelulares que surgieron temprano en la evolución. «Se supone que estas algas unicelulares proliferan solo por división celular o reproducción asexual , y el origen y el proceso evolutivo de la reproducción sexual en algas y plantas no están claros», dijo Hirooka.
De cara al futuro, los investigadores creen que sus hallazgos ayudarán a aclarar aún más el proceso evolutivo y el origen de la reproducción sexual en algas y plantas. Los descubrimientos del equipo tienen el potencial de desbloquear usos futuros emocionantes para la microalga Galdieria.
«El haploide descubierto en este estudio tiene el mismo potencial de crecimiento que el diploide, y su contenido puede extraerse fácilmente y modificarse genéticamente, lo que facilita el uso industrial de Galdieria y se espera que cree formas avanzadas de utilización de microalgas , como las vacunas que contienen alimentar usando algas que expresan proteínas virales como antígenos», dijo Miyagishima.
Más información: Hirooka, Shunsuke et al, Ciclo de vida y genómica funcional del alga roja unicelular Galdieria para dilucidar la evolución de algas y plantas y el uso industrial,
Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2210665119 .
doi.org/10.1073/pnas.2210665119
