Tecnología que combina lo mejor de los hongos y las algas marinas para producir una proteína de excelente valor nutricional; exploración de la ecotoxicidad de los plásticos en ambientes marinos, tecnología biomédica para revertir la insuficiencia ovárica prematura y, estudio de las protistas de los salares del Desierto de Atacama, son los temas abordados por los proyectos adjudicados por investigadores(as) del CeBiB en el reciente concurso de ANID.
Investigadores(as) de CeBiB se adjudican fondos de concurso realizado por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID). Se trata de Fondecyt Iniciación y Fondecyt Postdoctoral, los que tienen como objetivo fomentar el desarrollo de la investigación científica y tecnológica y; estimular la productividad y liderazgo científico de personas que cuenten con grado doctor, respectivamente. Los proyectos adjudicados abordan problemáticas medioambientales y biomédicas de gran interés global.
Este 2023 es un año particularmente intenso en cuanto a la actividad para el movimiento medio ambiental. En marzo, se realizará la Conferencia del Agua de la ONU en Nueva York; en abril, las delegaciones de los Estados se reunirán para examinar formas de hacer más sostenible la producción de alimentos; en el mes de mayo el comité Intergubernamental de Negociación (INC) se reunirá para elaborar un instrumento jurídico vinculante sobre la contaminación por plásticos; y se espera que en noviembre los líderes mundiales se reúnan en Dubai para la COP28.
La preocupación por los efectos del cambio climático son el ítem que lidera la pauta mundial y la de Centro Basal de Biotecnología y Bioingeniería (CeBiB), por eso sus investigadores trabajan arduamente en esa dirección.
Nueva proteína alternativa a partir de algas marinas
Debido al rápido crecimiento demográfico el sistema alimenticio requiere de una transformación para avanzar hacia la generación de alternativas de proteínas sustentables y saludables, y de esta manera satisfacer las necesidades de la población. Catalina Landeta, investigadora postdoctoral de CeBiB, se adjudicó Fondecyt Postdoctoral de ANID con un proyecto que propone una nueva proteína alternativa que proviene de un proceso innovador de bioconversión de algas marinas.
El proyecto consiste en la fermentación sumergida de algas pardas utilizando consorcio de hongos filamentosos para producir una proteína con propiedades probióticas y con compuestos de alto potencial bioactivo. Es decir, combina lo mejor de los hongos y las algas marinas para generar un alimento de excelente valor nutricional.
Esta nueva tecnología se perfila como una excelente alternativa a la proteína animal, es respetuosa con el medio ambiente, no considera pretratamientos químicos, no tiene aditivos ni antibióticos. Además, en vista de que utiliza una fuente de carbono infravalorada (alga marina) y añade nutrientes utilizando hongos filamentosos a partir de un consorcio, su proceso genera un bajo impacto ambiental en relación al consumo de agua, tierra cultivable y generación de CO2.
"El Fondecyt por una parte llega a apoyar a que yo pueda seguir desarrollando el producto y, adicionalmente, considerando todas las características nutricionales y nutraceúticas que tienen tanto las algas como los hongos, investigar más a fondo específicamente estos compuestos”, señaló Catalina Landaeta. “Hacer un screening de compuestos nutracéuticos ver la concentración, la actividad e indagar si podría servir para el colesterol y/o la diabetes, por ejemplo”, agregó.
Al finalizar el Fondecyt se espera contar con un producto caracterizado no solo nutricionalmente sino que nutracéuticamente, empaquetado y en presentación en barra o compota para bebé. “La idea es que utilizando pocos recursos se requiera poca cantidad de alimento para obtener la nutrición adecuada, buscamos generar un producto con la suficiente cantidad de proteína, fibra y minerales, de tal manera que no necesitemos tanto para vivir y nutrirnos, porque ese será un problema en el futuro”, enfatizó la investigadora.
Exploración de la ecotoxicidad de los plásticos en ambientes marinos
La contaminación por desechos plásticos ha sufrido un significativo crecimiento desde comienzo del siglo XXI. Según lo reportado en el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), todos los años se vierten cerca de 13 millones de toneladas de plástico al océano, esto equivale a vaciar un camión de basura cada minuto. Por otra parte, en el 2021 la producción mundial de plástico aumentó un 4% alcanzando más de 390 millones de toneladas, según datos entregados por el estudio Plastics –the Facts 2022 de PlasticsEurope. La contaminación plástica en el océano ha aumentado de tal manera que hoy se puede hablar de “islas de plástico” lo que significa un grave peligro para los organismos marinos.
Por otra parte, en el informe de la OCDE Global Plastics Outlook se muestra que el consumo de plástico se cuadruplicó en los últimos 30 años. A su vez, su producción mundial duplicó entre los años 2000 y 2019 ascendiendo a 460 millones de toneladas, lo que aumentó dos veces la generación de residuos plásticos entre los mismos años, llegando a las 353 millones de toneladas. Cabe considerar que este material representa el 3.4% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
De manera inicial, se consideraba la capacidad de absorber los contaminantes orgánicos ya presentes en el agua como el efecto toxicológico de los plásticos en el ambiente marino. Actualmente, la capacidad de los plásticos de servir como fuente de sustancias tóxicas ha impulsado interrogantes respecto a la lixiviación (o migración química) de sustancias químicas cuando los plásticos llegan al entorno natural.
Hasta la fecha no se sabe cuál es el rol de los microrganismos marinos en el proceso de lixiviación de aditivos plásticos a partir de material plástico, ni el impacto eco toxicológico resultante de la biotransformación de estas sustancias. El proyecto liderado por Vinko Zadjelovic, investigador del Centro de Bioinnovación Antofagasta (CBIA), Universidad de Antofagasta) y CeBiB, se adjudicó fondos de concurso Fondecyt Iniciación de ANID para dilucidar esta interrogante.
La propuesta plantea tres ejes centrales: conocer el potencial de la plastisfera (denominación para ecosistemas que usan como sustrato la enorme cantidad de residuos plásticos liberados en el mar) para degradar una amplia gama de aditivos plásticos considerando alternativas categorizadas como peligrosas y menos tóxicas; identificar el papel de la plastisfera en el proceso de lixiviación (migración) de aditivos plásticos y; conocer si el proceso de biotransformación mediado por microorganismos puede exacerbar, atenuar o prevenir el impacto ecotoxicológico de sustancias peligrosas y alternativas de aditivos plásticos menos tóxicos.
El proyecto se basa en aplicar una combinación de técnicas clásicas y avanzadas, así como un conjunto de estrategias para monitorear la ecotoxicidad de aditivos plásticos en cianobacterias nativas obtenidas desde muestras marinas y monitoreo adicional de parámetros fotosintéticos con el fin de abordar las preguntas planteadas y proporcionar nuevos conocimientos sobre el fenómeno, hasta ahora poco claro, sobre los impactos de la contaminación marina por plásticos y avanzar en el entendimiento de la complejidad de interacciones entre sustancias con potencial ecotóxico y microorganismos.
“A mí lo que me apasiona es producir ciencia de calidad e información que contribuya a responder preguntas que no cuentan con mucha evidencia de cuáles son sus implicancias”, explicó Vinko Zadjelovic. “Si uno conoce cuál es el verdadero potencial de riesgo de un componente en el ambiente, se pueden hacer políticas públicas que vayan apuntando a ese tipo de aditivos. El material plástico sigue siendo de utilidad, en mi perspectiva, es difícil contar con alternativas si es que no se conocen cuáles son los componentes verdaderamente perjudiciales de un material”, agregó.
Terapia celular para la insuficiencia ovárica prematura
En las últimas décadas, las mujeres retrasan la maternidad por diversos factores por lo que el envejecimiento ovárico se ha convertido en el principal determinante de la fertilidad. En los años 70 solo el 5% de las mujeres se embarazaba después de los 35 años, hoy se estima que esa cifra ha llegado al 25%. En el caso de Chile, actualmente cerca de medio millón de mujeres sufre de infertilidad.
Por lo anterior, se observa que la infertilidad se hace cada vez más frecuente y una de sus causas es la insuficiencia ovárica prematura (POI). Esta condición es causada por la pérdida de funcionalidad normal del ovario en mujeres antes de los 40 años de edad, lo impide que quienes sufren esta enfermedad puedan utilizar sus propios ovocitos para conseguir un embarazo. Hoy no existe un tratamiento que restablezcan el funcionamiento de los ovarios por lo que las mujeres que desean gestar un embarazo deben recurrir a métodos de reproducción asistida, los que tienen un alto costo y no entregan certeza de un resultado positivo.
Anamaría Daza S., estudiante postdoctoral de CeBiB, se adjudicó Fondecyt Iniciación con proyecto asociado al ICDB. La propuesta busca revertir esta problemática desarrollando un proceso de expansión escalable de células madre mesenquimales obtenidas de la gelatina de Wharton (WJ-MSC) del cordón umbilical humano. Y a su vez, realizar un estudio de prueba de terapia celular con las WJ-MSCs expandidas y utilizarlas en modelo animal, con POI inducida de humano, para corroborar si se puede restaurar su condición de generar descendencia.
“Nosotros estamos estudiando ahora el escalamiento en la producción de células madre y buscamos también corroborar, dado toda la literatura que existe, que estas células madre pueden ser utilizadas para la insuficiencia ovárica prematura”, explicó Anamaría Daza.
En síntesis, este proyecto se perfila como un tremendo avance en la biomedicina reproductiva. La investigadora espera obtener al menos 10 veces la siembra celular inicial, asimismo las células expandidas una vez analizadas se inyectarán en modelo animal de ovario dañado, esperando que la restauración de la función ovárica que dará como resultado el embarazo.
En los tratamientos exasistentes hoy para dar solución a la infertilidad, los pacientes dependen de la donación de ovocitos y la concepción asistida por fertilización in vitro, acompañada de una terapia hormonal. No obstante, esto genera una importante carga psicológica y económica, además de tener restricciones regulatorias en varios países.
“Nosotros esperamos que el tratamiento que ofrecemos tenga un valor similar o menor, pero se debe considerar que tiene esta ventaja de poder utilizar ovocitos propios. Esto viene a resolver un problema que no está resuelto y eso tiene un valor que quizás no es monetario”, señaló la investigadora.
Un viaje exploratorio por el mundo de las protistas
Existe una gran diversidad de microorganismos que no son bacterias ni arqueas, quienes al igual que nosotros los humanos, pertenecen al dominio de los eucariotas, es decir, células con núcleo. Estos microorganismos, principalmente unicelulares, se llaman protistas y son componentes importantes del ecosistema y de la vida tal como la conocemos.
La palabra protista viene del griego y significa “primordiales” o “primeros de los primeros”, por lo que el término se traduce como “primeras criaturas”. Son un grupo diverso y difícil de clasificar, entre ellos están los autótrofos (ej. microalgas y diatomeas) que realizan la fotosíntesis y son importantes fijadores de carbono; los heterótrofos (ej. flagelados y amebas) que actúan como depredadores de bacterias y otros microorganismos; como también existen protistas que abarcan otros estilos de vida como el parasitismo.
A pesar de la relevancia ecológica de los protistas, las principales preguntas sobre su diversidad, ecología e historia evolutiva siguen sin respuesta, principalmente porque los datos obtenidos de sus comunidades naturales siguen siendo limitados. Por otra parte, esta falta de exploración es incluso superior en los sistemas acuáticos continentales y especialmente en los ecosistemas poliextremos de los salares del Desierto de Atacama.
Estos últimos, son considerados laboratorios naturales únicos para comprender las adaptaciones y la evolución ecológica. Esto debido a la alta variabilidad climática y de hábitat, conduciendo -posiblemente- una coevolución de la vida y su entorno, lo que probablemente causó una increíble diversidad de roles funcionales y adaptaciones a estas condiciones poliextremas.
El proyecto PROSA, recientemente ganador del concurso Fondecyt Regular, liderado por la Dra. Raquel Rodríguez-Martínez, investigadora del Laboratorio de Complejidad Microbiana y Ecología Funcional del Instituto Antofagasta (Universidad Antofagasta) y asociada al CeBiB, se centra en el estudio de las protistas de los salares del Desierto de Atacama.
El trabajo tiene como objetivo aumentar el conocimiento de las comunidades de protistas en sistemas acuáticos poliextremos en los salares del Desierto de Atacama e identificar linajes únicos y adaptaciones ecológicas. Como también mejorar la comprensión de estos organismos esenciales, estudiando su diversidad, distribución, filogenia, interacciones microbianas y diversidad funcional.
“Durante el proyecto realizaremos varios muestreos en diferentes salares del Desierto de Atacama, por ejemplo, en el Salar de Huasco, situado en la región de Tarapacá y que todavía se mantiene con baja intervención humana”, explicó la Dra. Raquel Rodríguez-Martínez. “Las muestras que recolectemos serán analizadas con una variedad de tecnologías y métodos de vanguardia, como la secuenciación masiva de los genomas con las plataformas Illumina y PacBio y el aislamiento de células mediante citometría de flujo”, agregó.
El proyecto se llevará a cabo en colaboración con investigadores expertos en diferentes áreas de laboratorios de Chile, España, Reino Unido y Singapur.