Arthrospira es un género de cianobacterias filamentosas que flotan libremente yque se caracterizan por tener tricomas cilíndricos y multicelulares en una hélice abierta hacia la izquierdaSe elaboraun suplemento dietético a partir de A. platensis y A. maxima , conocido como espirulina . [1] Las especies A. maxima y A. platensis alguna vez se clasificaron en el género Spirulina . Aunque ahora se acepta generalmente la introducción de los dos géneros separados Arthrospira y Spirulina , ha habido mucha disputa en el pasado y la confusión taxonómica resultante es tremenda. [2]
El nombre común, espirulina , se refiere a la biomasa seca de Arthrospira platensis , [3] un tipo de cianobacteria , que son bacterias fotosintéticas oxigénicas. Estos organismos fotosintéticos fueron considerados primero como algas, un grupo muy grande y diverso de organismos eucariotas , hasta 1962 cuando fueron reclasificados como procariotas y nombrados Cyanobacteria. [4] Esta designación fue aceptada y publicada en 1974 por Bergey's Manual of Determinative Bacteriology . [5] Científicamente, existe una distinción bastante clara entre los géneros Spirulina y Arthrospira . Stizenberger, en 1852, dio el nombre de Arthrospira basándose en la presencia de septos, su forma helicoidal y su estructura multicelular, y Gomont , en 1892, confirmó la forma aseptada del género Spirulina . Geitler en 1932 reunificó ambos miembros designándolos como Spirulina sin considerar el septo. [6] Se han llevado a cabo investigaciones sobre microalgas bajo el nombre de Spirulina , pero la especie original utilizada para producir el suplemento dietético Spirulina pertenece al género Arthrospira . Este nombre erróneo ha sido difícil de corregir. [5]
En la actualidad, la taxonomía establece que el nombre espirulina para las cepas que se utilizan como complementos alimenticios es inapropiado, y existe consenso en que Arthrospira es un género distinto, que consta de más de 30 especies diferentes, incluidas A. platensis y A. maxima . [7] Un análisis de 2019 de las especies de Arthrospira utilizando la secuencia del gen ARNr 16S sugiere que ciertas especies de este género ( A. jenneri ) están mucho más cerca del clado Planktothrix de lo que se pensaba anteriormente. También carece de características de las especies producidas en masa (como la preferencia por los hábitats alcalinos). Como resultado, los investigadores propusieron un nuevo género más cercano a Limnoraphis y Neolyngbya llamado Limnospira que comprende L. fusiformis, L. maxima y L. indica . [8]
El género Arthrospira comprende tricomas helicoidales de tamaño variable y con diversos grados de enrollamiento, incluida una morfología muy enrollada hasta una forma recta. [1]
Los parámetros helicoidales de la forma de Arthrospira se utilizan para diferenciar entre e incluso dentro de la misma especie. [9] [10] Estas diferencias pueden ser inducidas por condiciones ambientales cambiantes, como la temperatura. [11] La forma helicoidal de los tricomas solo se mantiene en un ambiente líquido. [12] Los filamentos son solitarios y se reproducen por fisión binaria , y las células de los tricomas varían en longitud de 2 a 12 μm y a veces pueden alcanzar los 16 μm.
Arthrospira es muy rica en proteínas , [1] [12] y constituye del 53 al 68 por ciento en peso seco del contenido de la célula. [13] Su proteína alberga todos los aminoácidos esenciales . [12] Arthrospira también contiene altas cantidades de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), alrededor del 1,5-2 por ciento, y un contenido lipídico total del 5-6 por ciento. [12] Estos PUFA contienen el ácido γ-linolénico (GLA), un ácido graso omega-6 . [14] Otros contenidos de Arthrospira incluyen vitaminas, minerales y pigmentos fotosintéticos . [12]
Las especies del género Arthrospira han sido aisladas de aguas alcalinas salobres y salinas en regiones tropicales y subtropicales. Entre las diversas especies incluidas en el género, A. platensis es la más ampliamente distribuida y se encuentra principalmente en África, pero también en Asia. Se cree que A. maxima se encuentra en California y México. [6] A. platensis y A. maxima se encuentran de forma natural en lagos tropicales y subtropicales con pH alcalino y altas concentraciones de carbonato y bicarbonato . [12] A. platensis se encuentra en África, Asia y Sudamérica, mientras que A. maxima se limita a América Central. A. pacifica es endémica de las islas hawaianas. [15] La mayor parte de la espirulina cultivada se produce en estanques de canal abierto , con ruedas de paletas utilizadas para agitar el agua. [12] Los mayores productores comerciales de espirulina se encuentran en Estados Unidos, Tailandia, India, Taiwán, China, Pakistán, Myanmar, Grecia y Chile. [15]
La espirulina es ampliamente conocida como un suplemento alimenticio , pero existen otros posibles usos para esta cianobacteria. Como ejemplo, se sugiere su uso médico para pacientes a quienes les resulta difícil masticar o tragar alimentos, o como un sistema de administración de medicamentos natural y barato. [16] Además, se encontraron resultados prometedores en el tratamiento de ciertos cánceres, alergias y anemia, así como hepatotoxicidad y enfermedades vasculares. [17] La espirulina también se puede utilizar como un complemento saludable a la alimentación animal [18] si se puede reducir aún más el precio de su producción. La espirulina se puede utilizar en aplicaciones técnicas, como la biosíntesis de nanopartículas de plata , que permite la formación de plata metálica de forma respetuosa con el medio ambiente. [19] En la creación de textiles alberga algunas ventajas, ya que se puede utilizar para la producción de textiles antimicrobianos [20] y papel o materiales poliméricos. [20] También pueden tener un efecto antioxidante [21] y pueden mantener el equilibrio ecológico en los cuerpos acuáticos y reducir diversas tensiones en el medio acuático. [22]
El crecimiento de A. platensis depende de varios factores. Para lograr el máximo rendimiento, es necesario ajustar factores como la temperatura, la luz y la fotoinhibición , los nutrientes y el nivel de dióxido de carbono. En verano, el principal factor limitante del crecimiento de la espirulina es la luz. Cuando se cultiva en profundidades de agua de 12 a 15 cm, el autosombreado gobierna el crecimiento de la célula individual. Sin embargo, la investigación ha demostrado que el crecimiento también se fotoinhibe y se puede aumentar mediante el sombreado. [23] El nivel de fotoinhibición frente a la falta de luz es siempre una cuestión de concentración celular en el medio. La temperatura de crecimiento óptima para A. platensis es de 35 a 38 °C. Esto plantea un factor limitante importante fuera de los trópicos, confinando el crecimiento a los meses de verano. [24] A. platensis se ha cultivado en agua dulce, así como en agua salobre y agua de mar. [25] Además de los fertilizantes minerales, se han utilizado como fuente de nutrientes diversas fuentes como los efluentes residuales y los efluentes de las fábricas de fertilizantes, almidón y fideos. [15] Los efluentes residuales están más fácilmente disponibles en las zonas rurales, lo que permite la producción a pequeña escala. [26] Uno de los principales obstáculos para la producción a gran escala es el complicado proceso de cosecha, que representa el 20-30% de los costes totales de producción. Debido a su pequeño tamaño de celda y a los cultivos diluidos (concentración de masa inferior a 1 g/L) con densidades cercanas a las de las microalgas acuáticas, son difíciles de separar de su medio de cultivo. [27]
Los sistemas de estanques abiertos son la forma más común de cultivar A. platensis debido a su costo comparativamente bajo. Por lo general, los canales se construyen en forma de canalización a partir de paredes de tierra revestidas de hormigón o PVC, y el agua se mueve mediante ruedas de paletas. Sin embargo, el diseño abierto permite la contaminación por algas y/o microorganismos extraños. [15] Otro problema es la pérdida de agua debido a la evaporación. Ambos problemas se pueden solucionar cubriendo los canales con una película de polietileno transparente . [5]
Los sistemas cerrados tienen la ventaja de poder controlar el entorno físico, químico y biológico, lo que permite aumentar el rendimiento y controlar mejor el nivel de nutrientes. Las formas típicas, como los tubos o las bolsas de polietileno, también ofrecen una relación superficie-volumen mayor que los sistemas de estanques abiertos [28] , lo que aumenta la cantidad de luz solar disponible para la fotosíntesis. Estos sistemas cerrados ayudan a ampliar el período de crecimiento hasta los meses de invierno, pero a menudo provocan un sobrecalentamiento en verano [29] .
El cultivo de Arthrospira se ha producido durante un largo periodo de tiempo, [ vague ] especialmente en México y alrededor del lago Chad en el continente africano. Sin embargo, durante el siglo XXI, se redescubrieron sus propiedades beneficiosas y, por lo tanto, aumentaron los estudios sobre Arthrospira y su producción. [12] En las últimas décadas, se desarrolló la producción a gran escala de la cianobacteria. [30] Japón comenzó en 1960, y en los años siguientes México y varios otros países de todos los continentes, como China, India, Tailandia, Myanmar y Estados Unidos, comenzaron a producir a gran escala. [12] En poco tiempo, China se ha convertido en el mayor productor mundial. [30] Una ventaja particular de la producción y el uso de espirulina es que su producción puede llevarse a cabo en varias escalas diferentes, desde el cultivo doméstico hasta la producción comercial intensiva en grandes áreas.
Especialmente como cultivo a pequeña escala, Arthrospira aún tiene un potencial considerable para el desarrollo, por ejemplo para la mejora nutricional. [31] Los nuevos países donde esto podría suceder, deberían disponer de estanques ricos en alcalinos en grandes altitudes o aguas subterráneas ricas en salino-alcalino o áreas costeras con altas temperaturas. [12] De lo contrario, los insumos técnicos necesarios para las nuevas granjas de espirulina son bastante básicos. [31]
El mercado internacional de la espirulina se divide en dos grupos destinatarios: uno incluye a las ONG y las instituciones que se centran en la desnutrición y el otro incluye a las personas preocupadas por la salud. Todavía hay algunos países, especialmente en África, que producen a nivel local. Éstos podrían responder a la demanda internacional aumentando la producción y las economías de escala . Cultivar el producto en África podría ofrecer una ventaja en el precio, debido a los bajos costos de la mano de obra. Por otro lado, los países africanos tendrían que superar los estándares de calidad de los países importadores, lo que a su vez podría resultar en costos más altos. [31]