Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) desarrollan nuevas partículas microscópicas de PicoShell para acelerar la investigación de microalgas eficientes que conviertan la luz en biocombustibles y así contribuir a combatir el cambio climático.
Los científicos saben que la producción de grasas de alto contenido energético por microalgas puede proporcionar una fuente de energía renovable y sostenible que puede ayudar a abordar el cambio climático. Sin embargo, las microalgas modificadas para producir lípidos rápidamente generalmente crecen lentamente, lo que dificulta aumentar los rendimientos generales.
Ahora y como explican en Proceedings, bioingenieros de UCLA han creado un nuevo tipo de placa de Petri en forma de partículas microscópicas y permeables que pueden acelerar drásticamente los plazos de investigación y desarrollo (I+D) de productos biológicos, como los ácidos grasos para biocombustibles.
Denominadas PicoShells, las partículas de hidrogel porosas de picolitro (la billonésima parte de un litro) pueden permitir que más de un millón de células individuales se dividan en compartimentos, se cultiven en entornos relevantes para la producción y se seleccionen en función de los rasgos de crecimiento y acumulación de biomasa utilizando equipos de procesamiento de células estándar.
Estas micropartículas tienen una cavidad interior hueca donde se encapsulan las células y una capa exterior porosa que permite el intercambio continuo de soluciones con el entorno externo para que los nutrientes, las moléculas de comunicación celular y los subproductos celulares citotóxicos puedan transportarse libremente dentro y fuera de la cavidad interior.
El caparazón también mantiene encerrados a los pequeños grupos de células en crecimiento, lo que permite a los investigadores estudiar y comparar sus comportamientos (lo que hacen, lo rápido que crecen, lo que producen) con los de otros grupos dentro de varios PicoShells.
‘PicoShells’, nueva herramientas para biólogos
Esta nueva herramienta permite cultivar microorganismos unicelulares vivos, incluidas algas, hongos y bacterias, en las mismas condiciones de producción industrial, como en un biorreactor lleno de aguas residuales o en un estanque de cultivo al aire libre.
Como explica el profesor Dino Di Carlo, coordinador del estudio, “los PicoShells son como globos de malla muy pequeños. Las células en crecimiento dentro de ellos están efectivamente cercadas pero no selladas. Ahora podemos estudiar los comportamientos individuales de millones de células vivas en un entorno relevante. Esto podría acortar los plazos de I+D para la producción comercial de bioproductos de unos pocos años a unos pocos meses. También podría ser una herramienta valiosa para estudios de biología fundamental”.
Según los investigadores, otra ventaja de esta nueva herramienta es que el análisis de millones de PicoShells está automatizado, ya que también son compatibles con equipos de laboratorio estándar utilizados para el procesamiento de células de alto volumen.
Grupos masivos de células, hasta 10 millones en un día, pueden clasificarse y organizarse según ciertas características. El análisis continuo podría dar como resultado una serie de conjuntos ideales de células, que ya funcionan bien en el medio ambiente con temperatura adecuada, composición de nutrientes y otras propiedades que podrían usarse en la producción en masa, en solo unos pocos días en lugar de los varios meses que necesitaría con tecnologías actuales.
Los caparazones se pueden diseñar para que estallen cuando las células del interior se hayan dividido y crecido más allá de su volumen máximo. Esas celdas libres aún son viables y se pueden recuperar para continuar con la investigación o una selección adicional.
Los investigadores también pueden crear caparazones con grupos químicos que se descomponen cuando se exponen a un reactivo biocompatible, lo que permite un enfoque multifacético para liberar células seleccionadas.
Cultivando colonias de microalgas
“Si queremos concentrarnos en las microalgas que son las mejores para producir biocombustibles, podemos usar PicoShells para organizar, cultivar y procesar millones de células de algas individuales”, señala Mark van Zee, autor principal de este trabajo. “Y podemos hacer esto en máquinas –añade- que los clasifican usando etiquetas fluorescentes que se encienden para indicar los niveles de combustible”.
Actualmente, el cultivo y la comparación de dichos microorganismos se realizan principalmente con herramientas de laboratorio tradicionales, como placas de micropocillos, cajas de cartón que contienen varias docenas de pequeños volúmenes similares a tubos de ensayo. Sin embargo, estos métodos son lentos y es difícil cuantificar su efectividad.
Las placas de micropocillos también están limitadas en el número de experimentos que se pueden realizar, lo que resulta en una gran cantidad de prueba y error para encontrar cepas de células que funcionen lo suficientemente bien para la producción en masa.
Ahora, los científicos de UCLA demostraron la eficacia de la nueva herramienta cultivando colonias de microalgas y levaduras, comparando su crecimiento y viabilidad con otras colonias cultivadas en emulsiones de agua en aceite. Para las algas, el equipo descubrió que las colonias de PicoShell acumulaban biomasa rápidamente, mientras que no crecían en absoluto en las emulsiones de agua en aceite.
Encontraron resultados similares en sus experimentos con levadura. Al seleccionar las microalgas de mayor crecimiento en PicoShells, los investigadores pudieron aumentar la producción de biomasa de clorofila en un 8% después de un solo ciclo.
En opinión del profesor Di Carlo, las PicoShells podrían ofrecer una alternativa más rápida para desarrollar nuevas cepas de microalgas y levaduras, lo que conduciría a mejores biocombustibles, plásticos, materiales de captura de carbono e incluso productos alimenticios y bebidas alcohólicas.
