Análisis de metabolitos de Haematococcus pluvialis en cultivo continuo durante la acumulación de astaxantina

El trabajo que se recoge en esta tesis se ha realizado en el laboratorio del grupo “Biotecnología de Microalgas” del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (CicCartuja). El objetivo central ha sido conocer el perfil bioquímico de células de Haematococcus pluvialis en cultivo continuo bajo la influencia de un ciclo solar simulado en condiciones de biosíntesis de astaxantina y, a través de su comparación con las células que no sintetizaban astaxantina, derivar una información válida que permitiera conocer la situación metabólica de las células cuando se producía la activación de la síntesis del pigmento. El estudio metabolómico se ha realizado en dos momentos concretos del ciclo solar, a mitad del inicio del periodo de iluminación y oscuridad. El establecimiento de una adecuada combinación de las condiciones de cultivo en régimen continuo, ha permitido mantener células en crecimiento activo en las que el proceso de síntesis de astaxantina se estaba iniciando, situación adecuada para abordar estudios metabólicos. Asimismo, la optimización de la técnica de cromatografía de gases-masas que se ha utilizado para determinación de ácidos orgánicos y azúcares, ha constituido buena parte de este trabajo, permitiendo detectar estos compuestos con un alto nivel de sensibilidad combinando los métodos de detección full scan y SIM. Los resultados más significativos del estudio metabólico comparativo entre células que acumulaban astaxantina y las que no lo hacían durante el periodo de iluminación mostraba que, en condiciones de acumulación, se incrementaba el contenido en astaxantina, ácido oleico, citrato, glucosa, fructosa y sacarosa. Durante el periodo de oscuridad, el comportamiento era opuesto respecto a glucosa y fructosa que disminuían su contenido posiblemente porque se estaban utilizando como sustratos respiratorios. Además se incrementaba levemente el contenido de α-cetoglutarato. En conjunto, estas modificaciones estarían relacionadas con la acumulación del pigmento que requiere ácido oleico para su esterificación, azúcares como fuente de energía y/o poder reductor para la síntesis y citrato que podría estar siendo utilizado como lanzadera de Acetil CoA hacia el citoplasma, para promover la síntesis de ácidos grasos (susceptibles de ser esterificados con astaxantina) y de carotenoides mediante su conversión previa a piruvato. Este trabajo ha permitido identificar cambios en metabolitos en condiciones de síntesis de astaxantina frente a una situación de no acumulación, constituyendo una aportación al conocimiento del mapa metabólico asociado a la síntesis de astaxantina en poblaciones de Haematococcus pluvialis morfológicamente homogéneas generadas en cultivo continuo. Esta información podría resultar de interés a la hora de diseñar posibles actuaciones de ingeniería metabólica, en la que la identificación previa de los compuestos implicados y las relaciones que se establecen entre ellos es de gran relevancia. La reciente publicación del genoma secuenciado de Haematococcus pluvialis (Luo Q. 2019), ofrece la posibilidad de generar mutantes en enzimas relacionadas con la síntesis de estos metabolitos que potencien su efecto, lo que podría incrementar la producción de astaxantina