El desarrollo de una industria de algas marinas en MxicoRal E. Rincones & Mauricio Ondarza

El mar es quiz la ltima fronteraQu es la Biotecnologa Marina?

Definimos a la Biotecnologa Marina como la disciplina que integra los conocimientos de las Ciencias de la Vida e Ingeniera para el estudio de los organismos marinos y/o sus partes con miras a la produccin de bienes y servicios tiles a la humanidad y el planeta. Actualmente es considerada como la ciencia ms promisoria y la de mayor impacto en la vida moderna.

Cuales son los principales enfoques de la Biotecnologa Marina?La Biotecnologa Marina est dirigida principalmente hacia la obtencin de:Alimentos funcionales Productos qumicos y alimenticiosMetabolitos bioactivos y frmacos a partir de los genomas estructurales y funcionales de los organismos marinos Mejoramiento gentico-molecular para el uso racional de los recursosConservacin y restauracin de los ambientes marinos y costeros

Recursos marinos de aplicacin biotecnolgicaMicroalgas y CianobacteriasMacroalgasCnidarios (Corales)Porferos (Esponjas)Holotridos (pepinos de mar)Moluscos/CrustceosPeces

Usos y aplicaciones farmacolgicas de organismos marinos (Smith 2003)

Microalgas & CianobacteriasProduccin de alimentos vivos en acuicultura (hatchery)Obtencin de protenas y pigmentosMetabolitos secundarios empleados en farmacologa y biomedicinacidos grasos polinsaturados PUFA

Caractersticas principales de Microalgas y Cianobacterias empleadas en BiotecnologaCrecen en condiciones extremas (salinidad, pH, temp.)Permite la manipulacin de condiciones de cultivo para la sntesis y obtencin de productos de importancia econmicaProduccin masiva bajos sistemas intensivos en tanques y bioreactoresEvita la proliferacin de otros organismos competidores y depredadores

Principales especies de cultivoSpirulina: Consumo humano, acuicultura y farmacologaDunaliella salina: fuente natural de carotenoHemaetococcus spp: Produccin de Astaxantina (carotenoide)

Sistemas de produccin de Dunaliella salina para beta carotenoExtensivo (Australia)Intensivo (Israel)

Principales usos y aplicaciones de las macroalgas marinasConsumo HumanoFicocoloides (gomas marinas)Usos en biotecnologa y farmacuticosUsos industrialesBioremediacin y medio ambiente

La principal produccin de algas a nivel mundial es para consumo humanoLaminaria japonica, una alga parda que se cultiva en China, Japn y CoreaEs una importante fuente de protena y yodo en ChinaSe consume directamente y es conocida como KOMBUCerca de 4 millones de TM de producen en granjas anualmenteOtras especies son: Porphyra spp. (Nori) y Undaria pinnatifida (Wakame)ALGAS COMO FUENTE DIRECTA DE ALIMENTOS

Porphyra spp.(Nori)Son algas rojasEspecies de Porphyra (nori) son parte del sushi japonsLos principales centros de produccin y cultivo estn en Japn y Corea del SurLa produccin mundial es de 800 mil TM/aoSe facturan cerca de US$ 4 millardos anuales

Sistemas de cultivo de Porphyra spp. (Nori)

Undaria pinnatifida (Wakame)Es otra especie de alga parda muy popular en la comida japonesaSe cultiva en Japn, Corea, China y FranciaLa produccin mundial es de unas 300 mil TM/ao

Aumenta el crecimiento y uniformidad de los cultivos Incrementa los niveles de clorofila de la planta apoyando a una mayor fotosntesis Mejora la calidad de las cosechas Acortamiento del perodo vegetativo del cultivo Aumento de la resistencia de la planta a plagas, heladas, enfermedades y estrs Estimula y uniformiza la germinacin y el brotamiento de semillas Principales propiedades de las algas marinas en la agricultura

Variable NutricionalMacroelementos & MicroelementosVariable BioestimulanteAminocidosBetanasAdherente natural y acondicionador de suelos: (Acido Algnico)Variable HormonalProtohormonas Giberelinas, Citoquininas, Auxinas

Uso de Algas Marinas en Agricultura

LA INDUSTRIA DE FICOCOLOIDESALGINATOSCARRAGENINAAGAR

Mercado Mundial de Ficocoloides (2005)

FicocoloidesProduccin anual TMValor estimado US$ MMFuente materia prima (principales gneros)Pases productoresCarragenina42. 930240Kappaphycus, Hypnea, Eucheuma, Chondrus, Gigartina, Mazaella, ChondracanthusUSA, Francia, Filipinas, Chile, China, Japn, IndonesiaAlginatos36 .100213Macrocystis, Ascophylum, Lessonia, Laminaria, Ecklonia, Durvillea, Sargassum, USA, Noruega, Francia, U.K, China, Japn, CoreaAgar8.000132Gelidium, Pterocladia y Gracilaria, GracilariopsisChile, Espaa, Portugal, Marruecos, Japn, China, USA, Mxico, Indonesia, Corea, Nueva ZelandaTotal55.000585

Que son los Ficocoloides?Se conoce como Ficocoloides a las gomas o geles extrados de las algas marinasSe extraen de algas pardas (alginatos) y rojas (agar y carragenatos)Son componentes de la pared celular y sirven de soporte y proteccin a las algasSe usan ampliamente en la industria de alimentos, farmacutica y biotecnolgica

AlginatosSe extraen de las algas pardas gigantes conocidas como Kelps abundantes en aguas templadasPrincipalmente de especies de Macrocystis, Laminaria, Durvillea, Ascophyllum y SargassumEstn compuestos de cido D-manunorico y L-guloronicoComercialmente existen alginatos de potasio, sodio, amonio y calcio y polipropil glicol alginato de amplio uso en la industria cervecera y dressing de ensaladas

Principales propiedades y usos de los AlginatosForman geles irreversibles en agua fra en presencia de calcio, lo que los distingue del agar y carragenatosSe emplean como estabilizantes, espesantes, gelificantes, inhibicin de sinresis y agradable sabor (mouth feel)Impresiones dentales a baja temperaturaRellenos de pimientos en aceitunasSurimiConfitera y frutas desecadas

Carrageninas: Fuentes de materia prima Chondrus crispusKappaphycus/EucheumaGigartina spp.Hypnea spp.

CarrageninasSon polmeros sulfatados y consisten en unidades de galactosa y anhidrogalactosaExisten varios tipos de carrageninas comerciales: kappa, iota y lambdaSu clasificacin depende del contenido y posicin de los sulfatosDe esto dependen sus usos y aplicaciones en la industria de alimentos, cosmticos y medicinas

Principales usos y aplicacionesKappa e Iota son carrageninas gelificantesLambda carragenina no gelifica pero se usa como espesanteReaccionan extraordinariamente con las protenas, siendo ampliamente empleadas en sistemas lcteos/chocolate y en productos crnicosSe emplean como estabilizantes, emulsificantes y agentes de suspensin en bebidas y productos enlatadosEvita la sinrisis en carnes, embutidos y crema dental

Principales usos y aplicacionesKappa carragenina forma geles fuertes y rgidos en la presencia de iones de potasioIota carragenina forma geles claros y elsticos en presencia de calcioAmbos geles son tixotrpicosKappa-II es un hbrido (kappa/iota) y se emplea en los sistemas lcteos/chocolatesSe emplean en la clarificacin de vinos y estabilizacin de la espuma de la cervezaDan a un sabor agradable en los alimentos

Procesamiento IndustrialEs un proceso simple que requiere agua y calor para extraer los gelesSe hace una modificacin alcalina para remover sulfatosSe extrae en ebullicinSe filtra y precipita con alcohol (isopropil)Secado y molienda

Carragenina SemirefinadaConocida como AMC, PNG, PES (Processed Eucheuma seaweed)Reconocida por la FAO, FDA y U.E como carragenina desde 1991Contiene mas celulosa e impurezas (15%) pero se usa ampliamente en la industria de alimentosSe hace una modificacin alcalina al alga y luego se muele para aplicarla directamente en los alimentosSe produce en Indonesia y Filipinas y resulta una alternativa mas econmica de produccin con costos menores (-40% que la refinada)

AgarEs considerado uno de los agentes gelificantes naturales mas fuertes que se conocePolisacrido galactano sulfatado de estructura similar a la carrageninaProduce geles insolubles en agua fra y solubles en temp >85 CSe obtienen geles con durezas >1200 g/cm2 (1,5%)La fuerza de gel aumenta con azcar o dextrinas

El Agar es sintetizado por especies de Algas Rodfitas tales como:Gracilariales: entre los principales gneros estn Gracilaria, Gracilariopsis e HydropuntiaGelidiales: Gneros Gelidium, Gelidella y PterocladiaLa calidad y del agar se basa principalmente es su fuerza de gel, puntos de fusin y gelificacin, el contenido de piruvatos y electroendosmsis (neutralidad inica)Los agares comerciales deben tener una fuerza de gel > 600 gr.cm-1 (1,5% gel) Fuentes de materia prima y calidad del AGAR

BiotecnologaCultivo de tejidos y meristemasElectroforesis y tcnicas de biologa molecularInvestigaciones sobre el genoma humanoBacteriologa como medio de cultivoIndustria de alimentosUsos y aplicaciones del Agar

Seamoss/Creme de la MerCulturalmente existe una bebida en las Antillas Menores conocida como seamoss, de origen irlands (St. Lucia, Jamaica, Trinidad, Belice, Barbados, entre otros)Se prepara con algas productoras de agar o carragenina, mezcladas con frutas, licores o postresSe cree que tiene propiedades afrodisacas y posee un alto valor nutricional (minerales, vitaminas, fibra)Recientemente se consume en Providencia y San Andrs donde se conoce como seaweedActualmente estamos desarrollando un producto similar en la costa caribe en Colombia

Biotecnologa & Productos FarmacuticosAGAROSACARRAGUARDCosmticos y productos de bellezaFUCOIDANOS

AGAROSAEs una fraccin purificada del agarSe extrae de especies de algas Gelidiales y GracilarialesSe usa ampliamente en Biologa Molecular para tcnicas avanzadas de electroforesis, PCR, SDS PAGEEsto se debe a su baja electroendosmosis y neutralidad inicaTiene un elevado precio (US 1,500-3000 Kg)

CarraguardEs un gel microbicida hecho de carragenina empleado para combatir el HIV, HSV-2, HPV y Neisseria gonorrhoeae Desarrollado por el Population Council y financiado por Bill Gates FoundationEn un gel de aplicacin vaginal que permite la fertilizacin pero evita contraer el virus del SIDALos estudios clnicos se encuentran en la Fase III (6 mil pacientes en frica) y podr estar disponible en el 2007http://www.popcouncil.org/biomed/carraguard.html

CosmticosSe usan extractos de algas para la elaboracin de jabones, cremas para la piel, champs y masajes para la celulitisLos compuestos activos son los ormageles en las algas, los cuales actan con las protenas del cabello y la piel como humectantes e hidratantes

Bioremediacin y medio ambienteSe emplean como bioindicadores de contaminacin acuticaAcumulan metales pesados e hidrocarburos y pueden ser usados como biofiltros en efluentesSe utilizan en bioensayos para determinar dosis letales y niveles de polucin

FUCOIDANOS

El trmino Fucoidanos describe a una diversa familia de molculas compuestas por polisacaridos sulfatadosSon componentes naturales de las algas pardas y algunos equinodermosHan formado parte de la dieta humana en muchos pases durante siglosEn Japn y Corea son valorados por sus propiedades curativas y nutricionalesEn Okinawa (Japn), donde existe un amplio consumo, las enfermedades de cncer son prcticamente inexistentes

El inters de la industria farmacutica se basa en sus propiedades teraputicasActan como: Inhibidores de la fijacin de HIV y herpes en clulas humanas y previene su expansin dentro del organismoPromueven la apptosis (autodestruccin) de clulas tumorales particularmente en leucemia y cncer de senoInhibe la sntesis de colesterol y reduce la presin arterialActan como agentes antioxidantes y desintoxicantes180 cpsulas: US$ 150-160:

Adems los fucoidanosTienen propiedades antinflamatorias actuando como inhibidores de alfa TNF contra la artritis reumatoidal e inflamacin del colonEvitan la adhesin de Helicobacter pylori, previniendo la formacin de ulceras estomacales Inhiben la formacin de cicatrices en la piel luego de cirugas y quemaduras

Recursos Algales en Mxico para la obtencin de FucoidanosMxico con sus 2 ocanos posee una diversidad de especies productoras de FucoidanosPrincipalmente especies de Fucales, en el Caribe se reportan cerca de 10 especies de Sargassum y de varias especies de Kelp (Macrocystis) en el Pacfico

Perspectivas Futuras en MxicoSin duda alguna que existe un enorme potencial en nuestro pas para el desarrollo de una industria de algas marinas con dos ocanos y una inmensa costa.La costa del Caribe tiene con una amplia diversidad de recursos algales (mas de 600 especies)Esto se debe realizar a travs de programas de cooperacin entre la empresa privada, las universidades y los entes gubernamentalesNo hay que olvidar la activa participacin de las comunidades costeras

Muchsimas gracias!Mauricio Ondarza y Ral E. Rincones