Este blog está asociado a las páginas web de las asignaturas de Microbiología del Grado de Biotecnología y del Grado de Ciencias Ambientales de la UMH.

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jueves, 26 de mayo de 2016


El artículo se basa en el estudio del microorganismo Rhodotorula mucilaginosa  (antiguamente llamado Rhodotorula rubra) y la manera de cultivarlo para su uso en la producción de biocombustibles. Además de ser una especie de levadura unicelular pigmentada, es un microorganismo aerobio estricto. Se caracteriza por formar colonias de color anaranjado/rojizo cuando crece en SDA (Agar Sabouraud Dextrosa).


Rhodotorula Mucilaginosa

Este microorganismo tiene gran interés en la microbiología industrial porque puede usarse para la producción de biocombustibles, ya que presenta un rápido crecimiento, es capaz de almacenar una gran cantidad de lípidos y puede consumir más de una fuente de carbono.

A continuación, se adjunta el enlace a un vídeo donde se explican otras de las características de dicho microorganismo:

La hipótesis se basa en que el microorganismo puede almacenar diferentes cantidades de lípidos en función de las condiciones de crecimiento, obteniéndose una mayor cantidad cuando se cultiva en fed-batch.

R. mucilaginosa puede tolerar grandes cantidades de NaCl (sal) hasta el 7%, aunque algunas de sus actividades biológicas se ven reducidas. La hipótesis señala que la acumulación de glicerol intracelular bajo condiciones osmóticas severas ejerce un papel crucial en la osmorregulación.

El propósito de emplear esta levadura es conseguir una materia prima más económica para hacer biocombustibles. Con el objetivo de disminuir el gran consumo de recursos hídricos y el precio del proceso de fermentación llevado a cabo por este microorganismo, se utiliza agua de mar en lugar de agua pura.

En el artículo  se efectúan tres experimentos, de los cuales se van a desarrollar con mayor detalle el primero y el último:
  • El primero de ellos registra el crecimiento de R. mucilaginosa a distintas concentraciones de NaCl.
  • El segundo estudia el efecto de la combinación de agua de mar y agua pura, en diferentes proporciones, en el crecimiento del microorganismo.
  • El tercer experimento comenta los efectos del agua de mar en el crecimiento de R. mucilaginosa en un biorreactor de ascenso de aire de 5 litros.

Cabe añadir que dichas fermentaciones se han llevado a cabo en un biorreactor de ascenso de aire sin dispositivo de agitación, utilizando R. mucilaginosa congelada en seco en medio de cultivo con glicerol y agua de mar. Además, la cepa empleada fue mutada con NTG para aumentar la acumulación lipídica.

En el primer experimento que trata el artículo se analiza el efecto de las distintas concentraciones de NaCl en diferentes agitaciones. El objetivo de este experimento consiste en conocer la viabilidad del crecimiento de R. mucilaginosa con agua de mar. Para ello, los cultivos fueron examinados en matraces de agitación utilizando 60 g/l de glicerol en bruto como fuente de carbono. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente gráfica:

fig 1.PNG

Dicha figura indica cómo un aumento progresivo de la concentración de NaCl produce una disminución de la biomasa, del crecimiento celular, del contenido lipídico y de β-caroteno. Sin embargo, en un estudio anterior realizado con Rhodotorula glutinis, se demostró que un aumento de la presión osmótica produce un incremento en el contenido lipídico y un decremento en el de polisacáridos. No obstante, la composición cualitativa de los lípidos intracelulares no varía.

A pesar de no conocer las razones por las cuales Rhodotorula sobrevive a altas concentraciones salinas, se estima que podría haber una relación entre la salinidad del medio y la concentración intracelular de glicerol, siendo éste el responsable de equilibrar la presión osmótica del medio intracelular con respecto al medio salino.

Aunque no se conoce la concentración interna de glicerol, los resultados obtenidos por Zheng y sus colaboradores demostraron que R. mucilaginosa puede tolerar altas concentraciones salinas sin conllevar a un cambio en el contenido lipídico.

Otro de los experimentos que se estudia en el artículo es el efecto de las diferentes proporciones de agua de mar y de agua pura en el crecimiento de R. mucilaginosa.

En la figura siguiente, si se compara la cantidad de biomasa obtenida, se observa un menor crecimiento cuando se emplea un porcentaje muy alto de agua de mar. Podemos concluir que ésta es una disminución significativa en la cantidad de biomasa. Sin embargo, en cuanto al contenido lipídico, los efectos derivados de añadir agua de mar no son claros, pues la cantidad lipídica obtenida es similar tras realizar los diferentes experimentos en los que variamos las proporciones de agua pura y agua de mar. De este hecho se deduce que, aunque una alta presión osmótica en el cultivo en batch con agua de mar puede disminuir el crecimiento celular, no altera la acumulación lipídica de R. mucilaginosa.Captura.JPG

El tercer experimento que se explica en el artículo son los efectos del agua de mar en el crecimiento de R. mucilaginosa en un biorreactor de ascenso de aire.

Los resultados obtenidos en éste demuestran que usando agua de mar en lugar de agua pura, el crecimiento de R. mucilaginosa disminuye. Sin embargo, el agua de mar es una opción más atractiva debido al bajo coste y al uso limitado del agua. En la siguiente gráfica se muestra una comparación entre el uso de agua de mar y el uso de agua pura y, en la tabla, los datos cinéticos relacionados:

fig 3.PNG

table 2.PNG
En esta tabla, podemos observar que la velocidad de crecimiento de biomasa es mayor en el cultivo en batch con agua pura que con agua de mar. No obstante, la cantidad máxima de biomasa obtenida es similar en ambos cultivos. Además, una velocidad de crecimiento más lenta, nos indica un retraso en el crecimiento celular por la alta presión osmótica. Debido a este retraso, la cantidad máxima de biomasa tardará más tiempo en ser alcanzada. Por otra parte, el alargamiento de la fase de crecimiento conduce a una acumulación mayor de lípidos en las células cultivadas en batch con agua de mar.

A pesar de estos inconvenientes, las razones por las que R. mucilaginosa sobrevive no son claras. Sin embargo, la síntesis de glicerol intracelular ha de ser un factor relevante en la osmorregulación de la levadura. A continuación, se muestra cómo oscilan las diferentes variables en función del tiempo cuando se cultiva R. mucilaginosa en un cultivo en batch con agua de mar:
figura 4.PNG

En esta figura se observa la disminución simultánea de la osmolaridad y salinidad conforme transcurre el tiempo de cultivo. Esto sugiere que este microorganismo podría utilizar directamente el NaCl para reducir la salinidad del medio, además de los efectos osmorreguladores de la formación de glicerol intracelular.

tabla 3.PNG

En esta tabla podemos observar diversos cambios en la concentración de los diferentes ácidos grasos de la especie R. mucilaginosa, la cual ha sido cultivada en dos medios distintos: uno de agua pura y otro de agua de mar. Los resultados demuestran que tanto el uso de agua de mar como de pura no modifican significativamente el contenido lipídico. De esta forma, podemos concluir que el uso de agua de mar es apropiado para la acumulación total de lípidos en la levadura.

En definitiva, la concentración salina aplicada genera una disminución en el crecimiento del microorganismo. Al mismo tiempo, se ha demostrado que existe una correlación entre el aumento de la concentración de NaCl y el aumento de glicerol intracelular. Esto es así porque este lípido juega un papel crucial en la osmorregulación. Por otra parte, variando las proporciones de agua de mar y agua pura se observó que no cambiaba el rango de lípidos intracelulares, solamente el tiempo que tardaban las células en conseguirlos.

El objetivo final de este experimento es obtener una materia prima para la producción de biocombustibles, tales como el biodiesel o el bioetanol.

Experimentos similares a los narrados en este artículo ya se han llevado a cabo empleando algas, concretamente especies unicelulares y cianobacterias. El principio en el cual se basa es el mismo que el ya descrito: la acumulación de aceites intracelulares, los cuales se pueden transformar en biocombustibles. El experimento con el microorganismo narrado podría aumentar la eficiencia del proceso y abaratar costes, ya que se conoce perfectamente la ingeniería necesaria para crecer levaduras industrialmente y podría además solventar algunos de los problemas que surgen en cuanto al crecimiento de algas, como el auto-oscurecimiento o la necesidad de añadir elementos como el fósforo al medio de cultivo.
También podría plantearse la creación de un biocombustible de tercera generación combinando ambos organismos mediante ingeniería genética.

Dichos combustibles son una alternativa para reducir la contaminación y la emisión de gases de efecto invernadero producidos por los combustibles fósiles. Además, suponen una fuente de energía alternativa frente a dichos combustibles y ayudan a la creación de empleo, dado que algunos de ellos requieren de materias primas que se tienen que cultivar.

A continuación se muestra un vídeo en el que se explica un poco más acerca de estos biocombustibles y cómo nos ayudarán en un futuro:
https://www.youtube.com/watch?v=zrui4tnH-Cc

Bibliografía:

Hong-Wei Yen, Yu-Ting Liao, and Yi Xian Liu
Cultivation of oleaginous Rhodotorula mucilaginosa in airlift bioreactor by using seawater
Journal of Bioscience and Bioengineering. VOL. 121 No.2, 209-212, 2016.

Grupo compuesto por: Valeria Navarro Pérez, Laura García Abad, Gema Puebla Planas, Laura Brazales Esquitino y Marina García Bejarano.


1 comentario:

  1. Poner un título en inglés no es muy divulgativo que digamos.

    No habéis puesto "Título" en la entrada.

    Esta bien que hayáis puesto bastantes enlaces para completar la información y también que hayais enlazado a vídeos explicativos (habría quedado mejor integrando el vídeo en el texto). Sin embargo parece que luego os habéis limitado a colocar los apuntes que habéis usado para la exposición en clase obviando el carácter divulgativo del texto.

    freeze-dried no se traduce por "congelada en seco" sino por "liofilizada"

    Las figuras hay que explicarlas mejor.

    Hay una figura que no está bien colocada dentro del texto. Hay párrafos pegados y algunos parecen tener un tipo de justificación diferente a los otros.

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