Efecto de la adición de glicerol y dióxido de carbono sobre la producción de 1,3-β-glucanos y expresión de genes claves de su ruta de biosíntesis en la microalga Nannochloropsis salina

Tesis (Magíster en Biotecnología)Este trabajo fue financiado por la Fundación para la Innovación Agraria (FIA) del Ministerio de Agricultura de Chile mediante el proyecto FIA PYT 2013-0015, adjudicado por el Centro de Investigación Austral Biotech de la Universidad Santo Tomás.Las microalgas son microorganismos eucariontes fotosintéticos capaces de producir una amplia gama de compuestos de interés comercial, tales como vitaminas, antioxidantes, ácidos grasos omega 3 e inmunoestimulantes como los β-glucanos. Los β-glucanos son polímeros de D-glucosa unidos por enlaces β-1,3 o β-1,4 los cuales pueden presentar ramificaciones de enlaces β-1,6. Los más conocidos en microalgas son el paramilón (presente en euglenoides) y la crisolaminarina (presente en diatomeas). En el género Nannochloropsis, una Ochrophyta como las diatomeas, la secuenciación de los genomas y los transcriptomas de algunas de sus especies ha evidenciado que también serían capaces de sintetizar β-glucanos de enlaces β-1,3 con ramificaciones β-1,6. En este trabajo, se utilizó como modelo la especie Nannochloropsis salina, caracterizada por una alta generación de biomasa y tolerancia ambiental. Se cultivó esta especie bajo una limitación progresiva de nitrógeno adicionando glicerol o dióxido de carbono en distintas concentraciones con el fin de determinar el efecto sobre el contenido de 1,3;1,6-β-glucanos. Por otra parte, se construyó un modelo de la ruta metabólica de β-glucanos basado en la secuenciación del transcriptoma de N. salina, y finalmente, se cultivó esta microalga bajo una condición de limitación abrupta de nitrógeno con adición de glicerol 0,01 M y CO2 al 5 % v/v, con el fin de analizar la expresión de ciertos genes involucrados en el metabolismo de estos carbohidratos. Los resultados evidencian que una concentración de dióxido de carbono al 5% v/v en la aireación, fue la única condición capaz de aumentar el contenido de estos polisacáridos en aproximadamente 1,7 veces. A nivel génico, la condición de CO2 fue la única que presentó un aumento significativo en la expresión de los genes de biosíntesis (1,3-β-glucano sintasa y UDP-azúcar pirofosforilasa) acorde con el aumento del polisacárido a nivel celular. Sin embargo, también se observó un aumento en la expresión del gen de degradación (Exo-1,3-β-glucanasa). Este trabajo aporta por primera vez evidencia sobre el efecto de la adición de fuentes de carbono sobre el metabolismo de 1,3;1,6-β-glucanos en estas especies de microalgas, como también antecedentes para optimizar su producción.Microalgae are photosynthetic eukariotic microorganisms capable of producing a wide range of compounds of commercial interest, such as vitamins, antioxidants, omega-3 fatty acids, and immunostimulants like β-glucans. β-glucans are D-glucose polymers linked by β-1,3 and/or β-1,4 bonds, which can present branches of β-1,6 bonds. The most well known in microalgae are the paramylon (in euglenoids) and the chrysolaminarin (in diatoms). In the genus Nannochloropsis, also an Ochrophyta like diatoms, only the genome and transcriptome sequencing of species has shown that they are also likely to be able to synthesize β-glucans with β-1,3 bonds with β-1,6 side branches. In this work, the species Nannochloropsis salina was used as model, characterized by a high biomass production and environmental tolerance. This species was cultivated under a progressive nitrogen limitation by adding glycerol or carbon dioxide in different concentrations in order to determine the effect on 1,3;1,6-β-glucan content. Moreover, a model of the metabolic pathway of β-glucans based on N. salina transcriptome sequencing was constructed, and finally, this microalgae was cultured under abrupt nitrogen limitation condition with addition of glycerol 0.01 M and CO2 5% v/v in order to analyze the expression of certain genes involved in the metabolism of these carbohydrates. The results show that a concentration of 5% v/v carbon dioxide in aeration was the only condition capable of increasing the content of these polysaccharides by about 1.7 times. At genic level, the CO2 condition was the only one that provided a significant increase in biosynthetic genes expression (1,3-β-glucan synthase and UDP-sugar pyrophosphorylase) matching with the increased content of the polysaccharide at cellular level. However, an increase in the degradation gene expression (Exo-1,3-β-glucanase) was also observed. This study provides the first evidence of the effect of adding carbon sources on the metabolism of 1,3;1,6-β-glucans in these microalgae species, as well as background to optimize its production