Arthrospira es un género de cianobacterias filamentosas que flotan libremente yse caracterizan por tricomas multicelulares cilíndricos en una hélice abierta hacia la izquierda. Un suplemento dietético se elabora a partir de A. platensis y A. maxima , conocida como espirulina . [1] Las especies A. maxima y A. platensis alguna vez fueron clasificadas en el género Spirulina . Aunque ahora se acepta generalmente la introducción de los dos géneros separados Arthrospira y Spirulina , ha habido muchas disputas 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] que pertenece a las bacterias fotosintéticas oxigenadas que cubren los grupos Cyanobacteria y Prochlorales. Estos organismos fotosintéticos fueron considerados por primera vez como algas, un grupo muy grande y diverso de organismos eucariotas , hasta 1962, cuando fueron reclasificados como procariotas y denominados cianobacterias. [4] Esta designación fue aceptada y publicada en 1974 por el Manual de Bacteriología Determinativa de Bergey . [5] Científicamente, existe una gran distinción 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 reunió a ambos integrantes designándolos como Spirulina sin considerar el tabique. [6] La investigación sobre microalgas se llevó a cabo con el nombre de Spirulina , pero la especie original utilizada para producir el suplemento dietético espirulina pertenece al género Arthrospira . Este nombre inapropiado ha sido difícil de corregir. [5] En la actualidad, la taxonomía establece que el nombre de espirulina para las cepas que se utilizan como complementos alimenticios es inapropiado, y existe acuerdo en que Arthrospira es un género distinto, que consta de más de 30 especies diferentes, incluidas A. platensis y A. maxima . [7]
El género Arthrospira comprende tricomas helicoidales de diferentes tamaños 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. [8] [9] Estas diferencias pueden ser inducidas por condiciones ambientales cambiantes, como la temperatura. [10] La forma helicoidal de los tricomas sólo se mantiene en un ambiente líquido. [11] 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 en ocasiones pueden alcanzar los 16 μm.
Arthrospira es muy rica en proteínas , [1] [11] y constituye del 53 al 68 por ciento en peso seco del contenido de la célula. [12] Su proteína alberga todos los aminoácidos esenciales . [11] Arthrospira también contiene altas cantidades de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), alrededor del 1,5 al 2 por ciento, y un contenido total de lípidos del 5 al 6 por ciento. [11] Estos PUFA contienen ácido γ-linolénico (GLA), un ácido graso omega-6 . [13] Otros contenidos de Arthrospira incluyen vitaminas, minerales y pigmentos fotosintéticos . [11]
Se han aislado especies del género Arthrospira 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 naturalmente en lagos tropicales y subtropicales con pH alcalino y altas concentraciones de carbonato y bicarbonato . [11] A. platensis se encuentra en África, Asia y América del Sur, mientras que A. maxima se limita a América Central. A. pacifica es endémica de las islas hawaianas. [14] La mayor parte de la espirulina cultivada se produce en estanques con canales abiertos , con ruedas de paletas utilizadas para agitar el agua. [11] Los mayores productores comerciales de espirulina se encuentran en los Estados Unidos, Tailandia, India, Taiwán, China, Pakistán, Myanmar, Grecia y Chile. [14]
La espirulina es ampliamente conocida como complemento alimenticio , pero existen otros posibles usos para esta cianobacteria. Como ejemplo, se sugiere su uso médico en pacientes a quienes les resulta difícil masticar o tragar alimentos, o como un sistema de administración de medicamentos natural y económico. [15] Además, se encontraron resultados prometedores en el tratamiento de ciertos cánceres, alergias y anemia, así como en hepatotoxicidad y enfermedades vasculares. [16] La espirulina también se puede utilizar como un complemento saludable para la alimentación animal [17] 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. [18] En la creación de textiles presenta algunas ventajas, ya que puede usarse para la producción de textiles antimicrobianos [19] y papel o materiales poliméricos. [19] También pueden tener un efecto antioxidante [20] y pueden mantener el equilibrio ecológico en los cuerpos acuáticos y reducir diversas tensiones en el medio ambiente acuático. [21]
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, la autosombra gobierna el crecimiento de cada célula individual. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que el crecimiento también se fotoinhibe y se puede aumentar mediante la sombra. [22] El nivel de fotoinhibición versus la falta de luz es siempre una cuestión de concentración celular en el medio. La temperatura óptima de crecimiento para A. platensis es de 35 a 38 °C. Esto plantea un importante factor limitante fuera de los trópicos, ya que limita el crecimiento a los meses de verano. [23] A. platensis se ha cultivado en agua dulce, así como en agua salobre y agua de mar. [24] Además de los fertilizantes minerales, se han utilizado como fuente de nutrientes diversas fuentes, como efluentes residuales y efluentes de fábricas de fertilizantes, almidón y fideos. [14] Los efluentes residuales están más fácilmente disponibles en las zonas rurales, lo que permite la producción a pequeña escala. [25] Uno de los principales obstáculos para la producción a gran escala es el complicado proceso de recolección, que representa entre el 20% y el 30% de los costos totales de producción. Debido a su pequeño tamaño celular y a sus 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. [26]
Los sistemas de estanques abiertos son la forma más común de cultivar A. platensis debido a su costo comparativamente bajo. Normalmente, los canales se construyen en forma de canalización con paredes de tierra recubiertas 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. [14] Otro problema incluye la pérdida de agua debido a la evaporación. Ambos problemas pueden solucionarse 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. Esto permite un mayor rendimiento y un mayor control del nivel de nutrientes. Las formas típicas, como los tubos o las bolsas de polietileno, también ofrecen una mayor relación superficie-volumen que los sistemas de estanques abiertos, [27] aumentando así 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. [28]
El cultivo de Arthrospira se ha producido durante un largo período de tiempo, [ vago ] 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 tanto, aumentaron los estudios sobre Arthrospira y su producción. [11] En las últimas décadas se desarrolló la producción a gran escala de la cianobacteria. [29] 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. [11] En poco tiempo, China se ha convertido en el mayor productor a nivel mundial. [29] Una ventaja particular de la producción y el uso de la espirulina es que su producción se puede llevar a cabo en diferentes escalas, desde el cultivo doméstico hasta la producción comercial intensiva en grandes áreas.
Especialmente como cultivo a pequeña escala, Arthrospira todavía tiene un considerable potencial de desarrollo, por ejemplo para la mejora nutricional. [30] Los nuevos países donde esto podría suceder deberían disponer de estanques ricos en alcalinos en altitudes elevadas o en aguas subterráneas ricas en salino-alcalino o en zonas costeras con altas temperaturas. [11] Por lo demás, los insumos técnicos necesarios para las nuevas granjas de espirulina son bastante básicos. [30]
El mercado internacional de la espirulina se divide en dos grupos objetivo: uno incluye ONG e instituciones que se centran en la desnutrición y el otro incluye personas preocupadas por su 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 precio, debido a los bajos costos de mano de obra. Por otro lado, los países africanos tendrían que superar los estándares de calidad de los países importadores, lo que nuevamente podría resultar en costos más altos. [30]