Name: Evaluación del Efecto de los Factores de Crecimiento sobre la Producción de Clorofilas a y b a partir de Microalgas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: Aprende a evaluar factores de crecimiento en Chlorella sorokiniana y Haematococcus pluvialis mediante técnicas computacionales para optimizar la producción de clorofilas a y b. Este método analítico permite cuantificar pigmentos liposolubles en microalgas.

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<meta charset="utf8"></head><body>Mejora de la producción de clorofila en microalgas mediante la optimización del factor de crecimiento

<ol><li>Ramírez, M. E., Rendón, L., Veléz, Y. Microalgas para la industria alimenticia. , 1ra edición, Universidad Pontífica Bolivariana. 
 <a target="_blank" href="http://hdl.handle.net/20.500.11912/2306">http://hdl.handle.net/20.500.11912/2306</a> (2013).</li>
<li>Khan, M. I., Shin, J. H., Kim, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+promising+future+of+microalgae%3A+Current+status%2C+challenges%2C+and+optimization+of+a+sustainable+and+renewable+industry+for+biofuels%2C+feed%2C+and+other+products%5BTitle%5D)+AND+%22Microb+Cell+Fact%22%5BJournal%5D)">The promising future of microalgae: Current status, challenges, and optimization of a sustainable and renewable industry for biofuels, feed, and other products.</a> Microb Cell Fact. 17 (1), 36(2018).</li>
<li>Otero-Paternina, A. S. M., Cruz-Casallas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+hydrocarbon+phenanthrene+on+Chlorella+vulgaris+%28Chlorellaceae%29+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biol+Col%22%5BJournal%5D)">Effect of the hydrocarbon phenanthrene on Chlorella vulgaris (Chlorellaceae) growth.</a> Acta Biol Col. 18 (1), 87-98 (2013).</li>
<li>Pancha, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Salinity-induced+oxidative+stress+enhanced+the+biofuel+production+potential+of+microalgae+Scenedesmus+sp.+CCNM+1077%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Techno%22%5BJournal%5D)">Salinity-induced oxidative stress enhanced the biofuel production potential of microalgae Scenedesmus sp. CCNM 1077.</a> Bioresour Techno. 189, 341-348 (2015).</li>
<li>Ortiz, M. L., Cortés, C. E., Sánchez, J., Padilla, J., Otero, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+microalgae+Chlorella+sorokiniana+growth+in+different+culture+mediums+in+autotrophic+and+mixotrophic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Orinoquia%22%5BJournal%5D)">Evaluating microalgae Chlorella sorokiniana growth in different culture mediums in autotrophic and mixotrophic conditions.</a> Orinoquia. 16 (1), 11-20 (2012).</li>
<li>Camacho Kurmen, J. E., González, G., Klotz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Astaxanthin+production+in+Haematococcus+pluvialis+under+different+stress+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Nova%22%5BJournal%5D)">Astaxanthin production in Haematococcus pluvialis under different stress conditions.</a> Nova. 11 (19), 94-104 (2013).</li>
<li>Pérez Zambrano, E., Ayala Agudelo, Y. Production of chlorophyll and astaxanthin from Haematococcus pluvialis under nitrogen deficiency stress in a 5-liter Biostat Aplus bioreactor. , Universidad Colegio Mayor de Cundinamarca. 
 <a target="_blank" href="https://repositorio.unicolmayor.edu.co/handle/unicolmayor/2735">https://repositorio.unicolmayor.edu.co/handle/unicolmayor/2735</a> (2019).</li>
<li>Bischoff, H. W., Bold, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phycological+studies+IV.+Some+soil+algae+from+Enchanted+Rock+and+related+algal+species%5BTitle%5D)+AND+%22University+of+Texas%22%5BJournal%5D)">Phycological studies IV. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species.</a> University of Texas. 6318, 95(1963).</li>
<li>Cerezo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LED+characterization+through+the+use+and+programming+of+a+spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22Universidad+Polit%C3%A9cnica+de%22%5BJournal%5D)">LED characterization through the use and programming of a spectrometer.</a> Universidad Politécnica de. 22323, (2013).</li>
<li>Arredondo, B. O. Analytical methods and tools for microalgal biomass evaluation. , CIBNOR. México. 
 <a target="_blank" href="http://dspace.cibnor.mx:8080/handle/123456789/1403">http://dspace.cibnor.mx:8080/handle/123456789/1403</a> (2017).</li>
<li>Couso, I., Vila, M., Vigara, J., Cordero, B. F., Vargas, M. Á <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+carotenoids+and+regulation+of+the+carotenoid+biosynthesis+pathway+in+response+to+high+light+stress+in+the+unicellular+microalga+Chlamydomonas+reinhardtii%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Phycol%22%5BJournal%5D)">Synthesis of carotenoids and regulation of the carotenoid biosynthesis pathway in response to high light stress in the unicellular microalga Chlamydomonas reinhardtii.</a> Eur J Phycol. 47 (3), 223-232 (2012).</li>
<li>Vera-López, F., Martínez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pigments+in+microalgae%3A+Functions%2C+applications%2C+and+overproduction+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22BioTechnology%22%5BJournal%5D)">Pigments in microalgae: Functions, applications, and overproduction techniques.</a> BioTechnology. 25 (5), 35-51 (2021).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>C3H6O</td><td>Meyer</td><td>67-64-1</td><td>Acetona 90%</td></tr><tr><td>15 mL</td><td>tubo Biologix</td><td>10-9502</td><td>Tubo de ensayo</td></tr><tr><td>2510-DTH</td><td>Branson</td><td>D-73595</td><td>Sonicator</td></tr><tr><td>5 mL tubo de ensayo con tapón de rosca</td><td>Kimax</td><td>45066-13100</td><td>Tubo</td>de</tr><tr><td>ensayo 50 mL tubo de centrífuga</td><td>Biologix</td><td>10-9151</td><td>Tubo de ensayo</td></tr><tr><td>Papel de aluminio</td><td>Reynolds</td><td>611 estándar, 12" x 1000 pies</td><td>Tapa del tubo de ensayo&nbsp;</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Meyer</td><td>0925-250</td><td>Centrífuga de cloruro de calcio</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Centrífuga Dynamica</td><td>14 R</td><td>Refrigerada</td></tr><tr><td>CoCl2</td><td>Merck</td><td>1057-100</td><td>Dicloruro de cobalto</td></tr><tr><td>FeCl3</td><td>Merck</td><td>157740</td><td>Cloruro de hierro (III)</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Meyer</td><td>2051-250</td><td>Fosfato dipotásico</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Meyer</td><td>2055-250</td><td>Fosfato monopotásico</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Meyer</td><td>1605-250</td><td></td></tr><tr><td>Micropipeta</td> de sulfato de magnesio modelo <td>LabNet</td><td>Micropipeta</td><td>Beta-Pette</td></tr><tr><td>MnCl2</td><td>Merck</td><td>429449</td><td>Cloruro de manganeso (II)&nbsp;</td></tr><tr><td>Na2 EDTA&nbsp;</td><td>Merck</td><td>200-449-4</td><td>Edatamil, Edetato Sal disódica Dihidratado</td></tr><tr><td>Na2MoO4</td><td>Merck</td><td></td><td>243655 Molibdato de sodio</td></tr><tr><td>NaCl Meyer</td><td></td><td>2365-500</td><td>Cloruro de sodio</td></tr><tr><td>NaNO3</td><td>Meyer</td><td>2465-250</td><td>Nitrato de sodio</td></tr><tr><td>Tira de LED RGB</td><td>Steren</td><td>GAD-LED2</td><td>Light fuente</td></tr><tr><td>Espectrofotómetro</td><td>PerkinElmer</td><td>modelo Lambda35</td><td>Espectrofotómetro</td></tr><tr><td>espectrorradiómetro</td><td>Gigahertz-Optik</td><td>modelo BTS256</td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td>Scientific Industries</td><td>Vortex-Genie&reg; 2</td><td>Vortex</td></tr><tr><td>ZnCl2</td><td>Merck</td><td>208086</td><td>Cloruro de zinc</td></tr></tbody></table>

evaluación del efecto de los factores de crecimiento sobre la producción de clorofilas a y b a partir de microalgas

Evaluation of the Effect of Growth Factors on Chlorophylls a and b Production from Microalgae

Para observar la eficiencia de la técnica de detección de variaciones en la concentración celular de clorofila y evaluar el efecto de los factores de crecimiento en C. sorokiniana, se estableció un diseño experimental Taguchi L4 , evaluando la adición de volumen de CO2 , el color de la luz y la intensidad de la luz. Cada factor se evaluó en niveles bajos y altos, como se muestra en la Tabla 1, bajo las condiciones definidas por el diseño experimental en la Tabla 2.
Una vez concluido el proceso experimental, los resultados mostraron que la combinación de baja adición de CO2, luz púrpura y alta intensidad lumínica (C1, P, I2) correspondiente al tratamiento 2, incrementó el crecimiento microbiano a 7,83 x 105 células mL-1. Por otro lado, el contenido de clorofila fue mayor en el tratamiento 4 bajo las condicionesC2, P,I2, alcanzando una concentración de 5,92 x 10-7 μg cel-1 a las 132 h (Figura 1) coincidiendo con la luz púrpura y la alta intensidad lumínica como los niveles óptimos de los factores en ambas experiencias.
Al mismo tiempo, se observó un comportamiento similar en las cuatro líneas evaluadas. Sin embargo, se observó una clara favorabilidad en las pruebas realizadas bajo luz púrpura. Este patrón sugiere que la luz púrpura puede tener un impacto positivo en los resultados, lo que podría promover condiciones óptimas para el crecimiento o la actividad celular. Estos hallazgos subrayan la importancia de considerar cuidadosamente las condiciones de iluminación en los experimentos biológicos.
A partir del análisis estadístico se obtuvo el gráfico de efectos principales. En la Figura 2 se puede observar cómo cada nivel de los factores evaluados influye en la producción de clorofila en C. sorokiniana. Las mejores condiciones para la producción de clorofila fueron la alta adición de CO2, la luz púrpura y la alta intensidad lumínica (C2, P,I2), donde el color y la concentración de dióxido de carbono muestran valores de significación muy cercanos, mientras que la intensidad de la luz muestra un menor efecto significativo sobre las variables de respuesta evaluadas.
Además, se generó un diagrama de contraste (Figura 3), mostrando el comportamiento de la concentración de clorofila celular según el efecto de la adición de volumen de CO2 y el color de la luz a la que fueron sometidas.
Se observó que la luz púrpura (una mezcla de luz azul y roja) y una alta intensidad de luz promueven significativamente el crecimiento microbiano y la producción de clorofila. Por su parte, una alta adición deCO2 influye en ambos parámetros positiva y negativamente, respectivamente, ya que aumenta la concentración celular de clorofila al máximo durante la experimentación, pero dificulta el crecimiento microbiano. Sin embargo, es notable que bajo luz púrpura, una adición de volumen deCO2 de 20 s pulsos de CO2 cada 12 h a un caudal de 8.5 ft³ h-1 permite una respuesta favorable para ambos parámetros.
Para validar el método y los resultados obtenidos de C. sorokiniana, se realizó una prueba confirmatoria de nivel de matraz en H. pluvialis bajo luz roja debido a su característica natural de degradar la clorofila para sintetizar astaxantina en condiciones de estrés, las cuales fueron inducidas a las 168 h aumentando la salinidad del medio. Se generó un gráfico de concentración (Figura 4) donde se obtuvo la concentración máxima de clorofila a las 0 h con 1.41 x 10-7 μg cel-1. En este caso, debido al comportamiento natural de las microalgas, se observó una disminución en la concentración de clorofila, lo que sugiere posibles cambios fisiológicos en el modelo biológico bajo investigación. Esto se ilustra aún más en la Figura 5, que muestra una micrografía de C. sorokiniana (Figura 5A) y dos micrografías de H. pluvialis: una en la fase verde (Figura 5B) y otra en la fase de cambio y producción de astaxantina (Figura 5C). Curiosamente, a pesar de esta disminución, no se produjo ninguna interferencia por la presencia de compuestos carotenoides, que son, a su vez, pigmentos liposolubles presentes en ellos; Esta es una fuerte evidencia de la selectividad y reproducibilidad de la técnica en microalgas con diversas capacidades y comportamientos.
El gráfico muestra una disminución en la concentración total de clorofila a lo largo del experimento. En particular, hay un aumento de la clorofila a en comparación con la clorofila b a las 50 h, donde la concentración de clorofila b disminuye significativamente. La disminución más sustancial en la concentración de clorofila ocurre al final de la fase de crecimiento exponencial. Esta disminución se atribuye a la producción de carotenoides en H. pluvialis.
De igual forma, se realizó el análisis de la composición de clorofila a y b para el tratamiento con mayor producción de C. sorokiniana (C1, P, I2) en la Figura 6. A diferencia de H. pluvialis, la producción de clorofilas mostró un aumento constante a lo largo de todo el período de experimentación, que se analizó únicamente durante la fase exponencial. Se observa que, al igual que H . pluvialis, la clorofila a está inicialmente presente en proporciones más bajas que la clorofila b al comienzo del experimento; Sin embargo, estas proporciones experimentan un cambio notable en la marca de las 50 h, con la clorofila A mostrando una tasa de producción más alta que la clorofila B a partir de entonces.
La técnica analítica empleada en este estudio ha demostrado ser eficiente en la detección de cambios dentro de un modelo biológico y entre diferentes modelos biológicos. Estos hallazgos subrayan la sensibilidad y precisión del método analítico, lo que permite una comprensión matizada de la dinámica de la clorofila dentro y entre los sistemas biológicos. Estos conocimientos son invaluables para desentrañar los intrincados mecanismos que gobiernan la síntesis y el metabolismo de los pigmentos, allanando el camino para futuros avances en la investigación biotecnológica y ambiental.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig01.jpg"> Figura 1: Contenido celular de clorofila bajo tratamientos de diseño experimental. Contenido celular de clorofila medido en Chlorella sorokiniana a través de diferentes tratamientos experimentales. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig02.jpg"> Figura 2: Gráfico de efectos principales para el contenido de clorofila celular. Gráfico de efectos principales que ilustra el impacto de diferentes tratamientos sobre el contenido de clorofila celular en Chlorella sorokiniana. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig03.jpg"> Figura 3: Gráfico de contorno de la concentración de clorofila celular. Gráfico de contorno que muestra la relación entre la concentración de clorofila celular, la concentración de CO2 y el color de la luz. El color de la luz se representa con el eje 1 como azul y el eje 2 como púrpura, con niveles intermedios que indican la adición de luz roja. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig03large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig04.jpg"> Figura 4: Concentración de clorofila durante la cinética de crecimiento de H. pluvialis . Concentración de clorofila medida sobre la cinética de crecimiento de Haematococcus pluvialis. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig04large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig05.jpg"> Figura 5: Micrografías de C. sorokiniana y H. pluvialis. Imágenes micrográficas de Chlorella sorokiniana (A) y Haematococcus pluvialis, ilustrando un ejemplar en la fase verde (B) y otro en la fase roja temprana (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig05large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig06.jpg"> Figura 6: Concentración de clorofila durante la cinética de crecimiento de C. sorokiniana . Concentración de clorofila medida sobre la cinética de crecimiento de Chlorella sorokiniana. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig06large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Factor</td>
			<td>Nivel bajo</td>
			<td>Nivel alto</td>
		</tr><tr><td>Adición deCO2 (L)</td>
			<td>C1</td>
			<td>C2</td>
		</tr><tr><td>Color claro</td>
			<td>Azul (B)</td>
			<td>Púrpura (P)</td>
		</tr><tr><td>Intensidad de la luz (Lux)</td>
			<td>I1</td>
			<td>I2</td>
		</tr></tbody></table>Tabla 1: Factores cinéticos y niveles. Descripción general de los factores cinéticos y sus respectivos niveles: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luz azul; P = Luz púrpura; I1 = 550 lux; I2 = 1200 lux.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2">Tratamiento</td>
			<td>Adición deCO2 </td>
			<td rowspan="2">Color claro</td>
			<td rowspan="2">Intensidad de la luz (Lux)</td>
		</tr><tr><td>(L)</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td>C1</td>
			<td>B</td>
			<td>I1</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td>C1</td>
			<td>P</td>
			<td>I2</td>
		</tr><tr><td>3</td>
			<td>C2</td>
			<td>B</td>
			<td>I1</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td>C2</td>
			<td>P</td>
			<td>I2</td>
		</tr></tbody></table>Tabla 2: Diseño experimental y tratamientos. Resumen del diseño experimental y tratamientos aplicados: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luz azul; P = Luz púrpura; I1 = 550 lux; I2 = 1200 lux.
Fichero complementario 1: Datos de cuantificación celular. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/Table%20Cellular%20quantification.zip" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>

Evaluación del Efecto de los Factores de Crecimiento sobre la Producción de Clorofilas a y b a partir de Microalgas

Microalgae contain two main groups of pigments: chlorophylls and carotenoids. Chlorophyll is a green pigment that absorbs light energy and transforms it ...

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