Influencia de la disponibilidad de fósforo y la filogenia sobre el contenido en lípidos de betaína de microalgas marinas en cultivo

Resumen

Los lípidos de betaína forman parte de una clase de lípidos polares con funciones estructurales análogas a las que se conocen para los fosfolípidos. La estructura molecular es muy similar en ambas clases de lípidos y se caracteriza por su naturaleza anfipática y bipolar, diferenciándose de éstos a nivel molecular por la ausencia de fósforo. Su papel es pues equivalente al de los fosfolípidos en las membranas de algunas microalgas y su presencia es aparentemente la consecuencia de la adaptación evolutiva de algunos grupos taxonómicos para la vida en ambientes con reducida y/o fluctuante disponibilidad de fósforo. Los lípidos de betaína contienen un resto de betaína como grupo polar, el cual está unido a la posición sn-3 del glicerol por un enlace éter. No existen en planta superiores y en microalgas marinas se han identificado tres tipos principales de lípidos de betaína: 1,2-diacilgliceril-3-O-4’-(N,N,N-trimetil)-homoserina (DGTS), 1,2-diacilgliceril-3-O-2’-(hidroximetil)-(N,N,N-trimetil)-β-alanina (DGTA) y 1,2-diacilgliceril-3-O-carboxi-(hidroximetil)-colina (DGCC). A pesar del creciente interés sobre el metabolismo lipídico de las microalgas marinas, el conocimiento sobre las fuentes de variabilidad que afectan al contenido, características bioquímicas y metabolismo de los lípidos de betaína es aún escaso. La naturaleza bioquímica de los lípidos de betaína los convierte en moléculas con gran potencial, tanto biotecnológico bajo la perspectiva de su empleo como compuesto funcional, como de aplicación en estudios de ecología trófica como biomarcadores del fitoplancton, dada la diversidad de estructuras moleculares específicamente asociadas a clases taxonómicas determinadas. Por ello, en esta Tesis se ha realizado la descripción, caracterización molecular y estudio dinámico de interacción con otras clases lipídicas de los tres lípidos de betaína principalmente presentes en una amplia gama de grupos taxonómicos de microalgas marinas que han sido sometidas a cultivos controlados. Dentro de un conjunto de quince especies de microalgas pertenecientes a diez clases taxonómicas, se ha comprobado la existencia de patrones de composición y dinámica de remodelación lipídica muy diversos, algunos de ellos no descritos todavía. Tal es el caso para las haptofitas, entre las cuales Diacronema vlkianum VLP destaca por haber sido la primera microalga en la que se ha detectado de manera conjunta la presencia de los tres lípidos de betaína (DGTS, DGTA y DGCC). Las haptofitas destacaron también por ser microalgas en las que los lípidos de betaína han pasado a sustituir de manera constitutiva a los fosfolípidos, y no presentar por lo tanto el patrón comúnmente descrito hasta la fecha de intercambio entre ambas clases de lípidos en función de la disponibilidad de fósforo. De las quince especies estudiadas, todas, salvo la rodofita Porphyridium cruentum presentaron una combinación específica de lípidos de betaína, que también incluyó una elevada variabilidad en el perfil de ácidos grasos esterificados a dichos lípidos de betaína. En combinación con el contenido en fosfolípidos y el perfil global de ácidos grasos, se ha comprobado que los lípidos de betaína son buenos indicadores para su aplicación en quimio taxonomía de microalgas. Conocer los mecanismos que llevan a la sustitución de fosfolípidos por moléculas análogas sin fósforo es un reto importante. En este sentido, se ha evidenciado en esta Tesis que la concentración de fósforo modifica el contenido en lípidos de betaína de manera diferente en función del origen filogenético de las microalgas. Las distintas especies de microalgas remodelan su perfil de clases lipídicas según patrones bien diferenciados. Además de las haptofitas, en las que los lípidos de betaína apenas responden a la disponibilidad de fósforo y cuyo contenido en fosfolípidos es siempre mínimo, hay otas especies (Rhodomonas baltica, Chroomonas placoidea y Chaetoceros gracilis) en las que, aunque el contenido en lípidos de betaína varíe poco con el fósforo, su nivel de fosfolípidos si lo hace. Por otro lado, el patrón de alta dinámica de sustitución entre fosfolípidos y lípidos de betaína regulado por la disponibilidad de fósforo, que era el único conocido hasta el momento, solo se ha detectado en cuatro especies (Phaeodactylum tricornutum, Nannochloropsis gaditana, Tetraselmis suecica y Picochlorum atomus). La variabilidad en el perfil de ácidos grasos debida a la disponibilidad de fosforo en el grupo de microalgas marinas estudiado fue inferior a la variabilidad obtenida para el perfil de clases lipídicas originada por el mismo estrés nutricional. Solamente valores muy bajos de fósforo celular se correspondieron con cambios significativos en el contenido de algunos ácidos grasos. No obstante, la principal fuente de variación para cualquiera de los tipos de lípidos fue debida a la taxonomía, circunstacia que avala el empleo de estos lípidos como biomarcadores del fitoplancton. Entre los aspectos fisiológicos del fósforo que pudieran estar asociados con la remodelación de lípidos polares hay que resaltar el hallazgo de una mayor capacidad para incorporar y almacenar fósforo celular en aquellas especies de microalga (P. tricornutum, N. gaditana, T. suecica y P. atomus) en las que se detectó la mayor dinámica de sustitución entre lípidos de betaína y fosfolípidos, en función de la disponibilidad de fósforo. Por el contrario, ni la tasa de crecimiento ni la actividad fosfatasa alcalina pudo relacionarse de manera clara con el patrón de sustitución entre lípidos de betaína y fosfolípidos. La información obtenida durante el desarrollo de esta Tesis abre nuevos campos de investigación, que deberían ser más específicos, de acuerdo a los diferentes puntos tratados. Estos estudios deben resultar de utilidad para un conocimiento más detallado en el futuro sobre la fisiología, la ecología y las propiedades funcionales de los lípidos de betaína de microalgas.