La luz del sol permite que las algas verdes hagan más que simplemente llevar a cabo la fotosíntesis. Algunas algas unicelulares en realidad usan la luz para activar y desactivar la adhesión de sus flagelos a las superficies, un fenómeno descubierto por primera vez por los físicos en el Instituto de Dinámica Göttingen Max Planck yAutoorganización: estos hallazgos son particularmente relevantes para el desarrollo de biorreactores en los que las algas sirven como materia prima renovable para producir biocombustibles.
En la vida cotidiana, las algas verdes tienden a ser malas noticias. En climas húmedos, las algas microscópicas unicelulares forman una capa viscosa en los muebles de jardín y las paredes de las casas; durante los veranos cálidos, forman una espuma en la superficie de los estanques de jardín y el tratamiento del aguatanques. Pero las algas verdes también pueden ser beneficiosas. Durante años, las algas se han cultivado en biorreactores, en grandes instalaciones compuestas de tubos de vidrio, para producir biocombustibles. Sin embargo, las algas verdes tienen una propiedad que dificulta este proceso: el uso de pelos pequeños, conocidocomo flagelos, se adhieren a las superficies. En los biorreactores, esto da como resultado una biopelícula verde que se forma en las paredes de los tubos de vidrio. Como resultado, penetra menos luz en el reactor. La biopelícula reduce la capacidad de otras algas en el reactor para transportarfuera de la fotosíntesis, lo que hace que el biorreactor sea menos eficiente.
Chlamydomonas no pegar en luz roja
Un equipo de investigación dirigido por Oliver Bäumchen, físico del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga, ha hecho un descubrimiento que podría aumentar la eficiencia de los biorreactores ". En experimentos con algas verdes, descubrimos quelas algas son pegajosas y pueden adherirse a las superficies solo bajo ciertas condiciones de luz ", dice Oliver Bäumchen.
El científico se ha centrado en las propiedades adhesivas de los microorganismos durante muchos años. Está principalmente interesado en los flagelos y los mecanismos por los cuales estas pequeñas estructuras similares a pelos pueden ejercer fuerzas adhesivas sorprendentemente fuertes. Él y su equipo idearon un sensor preciso paramida las fuerzas involucradas: una micropipeta de vidrio ultrafina que puede aspirar a una sola célula de algas verdes. Utilizando la micropipeta, miden la fuerza necesaria para separar una célula viva de una superficie.
Chlamydomonas usa varias proteínas para detectar la luz
Christian Kreis, estudiante de doctorado de Bäumchen, descubrió que la adhesión de las algas a las superficies puede controlarse con la luz. Experimentar con el alga verde Chlamydomonas descubrió que siempre exhibía una fuerte fuerza adhesiva solo bajo luz blanca. Bajo luz roja, las células no se adhirieron a las superficies en absoluto. Desde hace tiempo se sabe que muchos microorganismos se orientan a la luz y, por ejemplo, nadanhacia una fuente de luz. Sin embargo, no se sabía previamente que el mecanismo de adhesión del alga verde se puede encender y apagar con luz.
Kreis investigó la respuesta de la luz más de cerca y descubrió que Chlamydomonas se adhiere exclusivamente a las superficies cuando se expone a la luz azul. El alga utiliza una serie de proteínas especiales sensibles a la luz para detectar la luz. "Creemos que la adhesividad de la luz puede ser un producto de la evolución", dice Christian Kreis. A diferencia del marinofitoplancton, estos microorganismos relacionados generalmente viven en suelos húmedos donde a menudo encuentran superficies. "Si esas superficies están expuestas a la luz solar, este mecanismo inteligente permite que las algas se adhieran a ellas y comiencen a realizar la fotosíntesis", explica el investigador.
Las algas con fotorreceptores de luz azul modificados podrían no formar biopelículas
Este hallazgo en sí mismo no proporciona una forma de evitar que se formen depósitos de algas en las paredes de vidrio de los biorreactores. Exponer los biorreactores a la luz roja solo para apagar la adhesión no funciona, porque las algas verdes también requieren luz azul para la fotosíntesis. OliverBäumchen y Christian Kreis, por lo tanto, están adoptando un enfoque diferente. "Ahora nos hemos asociado con microbiólogos que tienen una gran experiencia con las algas verdes", dice Bäumchen. "Planeamos estudiar las células en las que se encuentran los diversos fotorreceptores de luz azul".bloqueado para averiguar cuál de esos fotorreceptores es el responsable de desencadenar las propiedades adhesivas. "Si las algas con fotorreceptores de luz azul modificados pudieran cultivarse en grandes volúmenes, podríamos usarlos en biorreactores sin la molestia de que se formen biopelículas enlas superficies
El equipo de investigación de Oliver Bäumchen se ha centrado en la adhesión intercambiable de las algas verdes por varias razones: "En general, es interesante entender el fenómeno de la adhesión superficial. Después de todo, las fuerzas de adhesión son enormes en relación con el tamaño de las células", Bäumchendice. También está estudiando flagelos porque su principio de construcción es casi idéntico al de los cilios en el cuerpo humano, por ejemplo en los pulmones.
Christian Kreis también está preocupado por las formas de prevenir la formación de biopelículas de algas. Actualmente está investigando si la adhesión puede activarse y desactivarse mediante disparadores que no sean la luz, por ejemplo, por superficies con cargas eléctricas débiles. "Las biopelículas son problemáticas en muchosaplicaciones ", dice el investigador." Si pudiéramos diseñar superficies de tal manera que eviten que los microorganismos se adhieran a ellas, sería una bendición para muchas aplicaciones en medicina, biotecnología e ingeniería química ".
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Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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