Generación y caracterización de biopolímeros biodegradables de alginato para su aplicación en la encapsulación de estadíos tempranos del alga parda Lessonia spicata

Abstract

Las algas pardas son organismos marinos autótrofos capaces de formar bosques marinos y generar diversos metabolitos secundarios beneficiosos para la salud humana. A partir de estas algas se obtiene compuestos de interés comercial como el alginato, el cual se encuentra de forma natural en la pared celular de las algas y tiene altas propiedades gelificantes, lo cual es atractivo para la industria alimenticia y farmacéutica. Actualmente la sobreexplotación de estos bosques marinos provoca un problema medioambiental que repercute en todo el ecosistema. En consecuencia, dentro del área biotecnológica se buscan estrategias para remediar la sobreexplotación y recuperar las poblaciones naturales de algas pardas, para lo cual, se han buscado diferentes métodos de cultivo de algas, por ejemplo, métodos mecánicos que alteran el ecosistema. Por ello, una de las alternativas para recuperar en parte, las poblaciones naturales, son las estrategias de repoblamiento con base en hidrogeles de biopolímeros biodegradables de alginato. Dentro de este proyecto de tesis se plantea una nueva estrategia basada en hidrogeles biodegradables de alginato extraídos del alga parda L. spicata para encapsular estadíos tempranos de estas mismas. Para llevar a cabo este procedimiento, se plantea como objetivo general determinar un protocolo de generación de hidrogeles de biopolímeros de alginato biodegradables que permita caracterizar sus propiedades fisicoquímicas para luego generar encapsulados de estadíos tempranos del alga parda L. spicata y finalmente, caracterizar la preservación y sobrevivencia de estos en condiciones de laboratorio. Para desarrollar este objetivo general se plantean como objetivos específicos determinar un protocolo de generación de hidrogeles en base a mezclas de biopolímeros de alginato, se contará con 5 muestras de alginatos en polvo con propiedades diferenciales y se generarán hidrogeles con una concentración estándar al ser sumergidos en una solución de concentración estándar de cloruro de calcio. Se caracterizarán las propiedades fisicoquímicas de los hidrogeles a través de pruebas de fuerza de compresibilidad, sinéresis y técnicas de espectroscopia FT-IR y 1RMN, con los cuales se caracterizará el contenido monomérico de G y M de los biopolímeros de alginato. Una vez discriminada la mezcla de biopolímeros de alginato, se encapsularán estadíos tempranos de L. spicata y se caracterízará la sobrevivencia de encapsulados de estadíos tempranos del alga parda L. spicata encapsulados en una matriz de biopolímeros de alginato en condiciones de laboratorio. Con base a los resultados obtenidos, se establecerá un protocolo de generación de encapsulados de estadíos tempranos de L. spicata capaces de sobrevivir al menos una semana en condiciones de laboratorio con alto grado de reproducibilidad y aplicabilidad. Los resultados de esta tesis permitirán el desarrollo de una nueva técnica de repoblamiento del alga parda, L. spicata, en zonas intermareales de la costa chilena, lo cual contribuirá a la recuperación del ecosistema marino.

Brown algae are autotrophic marine organisms capable of forming marine forests and generating various secondary metabolites beneficial to human health. Compounds of commercial interest are obtained from these algae, such as alginate, which is found naturally in the cell wall of the algae and has high gelling properties, which is attractive for the food and pharmaceutical industry. Currently, the overexploitation of these marine forests is causing an environmental problem that has repercussions on the entire ecosystem. Consequently, within the biotechnological area, strategies are being sought to remedy the overexploitation and recover the natural populations of brown algae, for which different methods of algae cultivation have been sought, for example, mechanical methods that alter the ecosystem. Therefore, one of the alternatives to recover part of the natural populations are repopulation strategies based on biodegradable alginate biopolymers hydrogels. This thesis project proposes a new strategy based on biodegradable alginate hydrogels extracted from the brown algae L. spicata to encapsulate early stages of these algae. To carry out this procedure, the general objective is to determine a protocol for the generation of biodegradable alginate biopolymer hydrogels that allows characterizing their physicochemical properties to then generate encapsulated early stages of the brown seaweed L. spicata and finally, to characterize the preservation and survival of these in laboratory conditions. To develop this general objective, the specific objectives are to determine a protocol for the generation of hydrogels based on alginate biopolymers mixtures. There will be 5 samples of powdered alginates with differential properties and hydrogels with a standard concentration will be generated when immersed in a standard concentration solution of calcium chloride. The physicochemical properties of the hydrogels will be characterized through compressibility strength tests, syneresis and FT-IR and 1RMN spectroscopy techniques, with which the monomeric G and M content of the alginate biopolymers will be characterized. Once the alginate biopolymer mixture is discriminated, early stages of L. spicata will be encapsulated and the survival of encapsulated early stages of the brown alga L. spicata encapsulated in an alginate biopolymer matrix will be characterized under laboratory conditions. Based on the results obtained, a protocol will be established to generate encapsulates of early stages of L. spicata capable of surviving at least one week under laboratory conditions with a high degree of reproducibility and applicability. The results of this thesis will allow the development of a new technique for the repopulation of the brown seaweed, L. spicata, in intertidal zones of the Chilean coast, which will contribute to the recovery of the marine ecosystem.