Arthrospira

Arthrospira
Unha soa colonia filamentosa de Arthrospira platensis
Clasificación científica
Dominio: Bacteria Filo: Cyanobacteria Clase: Cyanophyceae Orde: Oscillatoriales Familia: Microcoleaceae Xénero: Arthrospira
Especies
Arthrospira erdosensis Arthrospira fusiformis Arthrospira indica Arthrospira innermongoliensis Arthrospira jenneri Arthrospira massartii Arthrospira maxima Arthrospira platensis

Pos de espirulina, obtidos do xénero Arthrospira, nunha mostra húmida non tinguida a un aumento de 400x.

Arthrospira é un xénero de cianobacterias filamentosas que flotan libremente nas augas caracterizadas por formar tricomas multicelulares cilíndricos que xiran á dereita formando unha hélice. Existe un suplemento dietético feito de masa de A. platensis e A. maxima, fundamentalmente, denominado espirulina ou spirulina, xa que estas especies antes estaban clasificadas no xénero Spirulina.^[1] Aínda que a introdución de dous xéneros separados Arthrospira e Spirulina é hoxe aceptado, no pasado houbo moita discusión e xerouse unha gran confusión taxonómica.^[2]

Taxonomía

O nome común espirulina refírese á biomasa seca xeralmente de Arthrospira platensis,^[3] que se utiliza como suplemento dietético, a cal pertence ás cianobacterias, un grupo de bacterias fotosintéticas oxixénicas. Estes organismos fotosintéticos foron inicialmente considerados algas (algas verde-azuis), xunto co amplo grupo das algas eucariotas, ata que en 1962 foron reclasificadas como procariotas e denominadas Cyanobacteria.^[4] Esta designación foi aceptada e publicada en 1974 no Bergey's Manual of Determinative Bacteriology.^[5] Cientificamente, hai unha distinción entre os xéneros Spirulina e Arthrospira, que se diferencian nalgunhas características. Stizenberger, en 1852, deulles o nome Arthrospira baseándose na presenza de septos, a súa forma helicoidal e a estrutura multicelular, e Gomont, en 1892, confirmou a forma aseptada do xénero Spirulina. Geitler en 1932 reunificou os dous xéneros denomínándoos a todos Spirulina sen considerar a diferenza no septo.^[6] Fixéronse investigacións sobre microalgas utilizando o nome Spirulina, pero a especie orixinal usada para producir o suplemento dietético pertencía ao xénero septado Arthrospira. Este nome incorrecto era difícil de cambiar unha vez que se comercializou o suplemento dietético e mantívose por razóns históricas.^[5] Actualmente, para a taxonomía o nome de Spirulina para o suplemento dietético espirulina non é apropiado, e hai un acordo en que Arthrospira é un xénero distinto de Spirulina e que inclúe A. platensis e A. maxima, das que se obtén o preparado espirulina.^[7][8][9]

Morfoloxía

O xénero Arthrospira comprende bacterias que forman tricomas helicoidais de varios tamaños e con varios graos de enroscamento, incluíndo morfoloxías apertadamente enroscadas e outras practicamente rectas.^[1]

O parámetros helicoidais da forma dos tricomas de Arthrospira utilízanse para diferenciar as especies e incluso formas da mesma especie.^[10][11] Estas diferenzas poden ser inducidas por cambios nas condicións ambientais, como a temperatura.^[12] A forma helicoidal dos tricomas só se mantén en ambiente líquido.^[13] Os filamentos son solitarios e reprodúcense por fisión binaria e as células dos tricomas varían en lonxitude desde 2 a 12 μm e poden ás veces chegar a 16 μm.

Composición bioquímica

Artigo principal: Espirulina.

As Arthrospira son moi ricas en proteínas,^[1][13] as cales constitúen do 53 ao 68 % do peso seco da célula.^[14] Estas proteínas conteñen todos os aminoácidos esenciais.^[13] As Arthrospira tamén conteñen cantidades relativamente grandes de ácidos graxos poliinsaturados (PUFAs), un 1,5–2 %, e un contido lipídico total do 5–6 %.^[13] Entre estes ácidos graxos poliinsaturados está o ácido γ-linolénico, un ácido graxo omega-6.^[15] Outros compostos contidos en Arthrospira son vitaminas, minerais e pigmentos fotosintéticos.^[13]

Distribución

Illáronse especies do xénero Arthrospira en augas salobres alcalinas e augas salgadas de rexións tropicais e subtropicais. Entre as varias especies incuídas no xénero, A. platensis é a máis amplamente distribuída e encóntrase principalmente en África, pero tamén en Asia e Suramérica. A. maxima é propia de Centroamérica e crese que se pode encontrar en California e México.^[6] A. platensis e A. maxima viven en lagos tropicais e subtropicais con pH alcalino e altas concentracións de carbonato e bicarbonato.^[16] A. pacifica é endémica das illas Hawai.^[17] A maior parte da espirulina que se comercializa prodúcese en lagoas artificiais de canle aberta, usando rodas de pas para axitar a auga.^[16] Os maiores produtores comerciais de espirulina están localizados nos Estados Unidos, Tailandia, a India, Taiwán, a China, Paquistán, Myanmar, Grecia e Chile.^[17]

Usos presentes e futuros

A espirulina que se obtén de Arthrospira é un suplemento dietético moi coñecido, pero ten outros posibles usos. Por exemplo, suxeriuse utilizala medicamente en pacientes que teñen dificultade para mastigar e tragar a comida ou como un sistema barato e natural para administrar outros medicamentos.^[18] Ademais, atopáronse indicios de prometedores resultados no tratamento de certos cancros, alerxias e anemias, así como para tratar a hepatotoxicidade e enfermidades vasculares.^[19] Pode tamén utilizarse para engadila ao alimento dos animais^[20] se o prezo da súa produción se consegue reducir máis. A espirulina ten tamén aplicacións técnicas, como na biosíntese de nanopartículas de prata, o que permite a formación de prata metálica de maneira respectuosa co medio ambiente.^[21] Na creación de produtos téxtiles ten varias vantaxes, xa que pode usarse para a produción de tecidos antimicrobianos^[22] e papel ou materiais poliméricos.^[22] Tamén ten un efecto antioxidante^[23] e pode manter o equilibrio ecolóxico en corpos de auga e reduce varias condicións estresantes en ambientes acuáticos.^[24]

Cultivo

O crecemento de A. platensis depende de varios factores. Para conseguir un rendemento máximo, deben axustarse factores como a temperatura, luz e fotoinhibición, niveis de nutrientes e de dióxido de carbono. No verán o principal factor limitante do crecemento da espirlina é a luz. Cando crece en augas de profundidades de 12–15 cm, o auto sombreado determina o crecemento de cada célula. Porén, atopouse en investigacións que o crecemento tamén é fotoinhibido e pode ser incrementado sombreando.^[25] O nivel de fotoinhibición fronte á falta de luz depende sempre da concentración de células no medio. A temperatura para o crecemento óptimo de A. platensis é de 35–38 °C. Isto supón un importante factor limitante fóra dos trópicos, e limita o crecemento aos meses de verán.^[26] A. platensis foi cultivada en auga doce, en auga salobre e en auga de mar.^[27] Ademais do fertilizador mineral, utilizáronse varias fontes como os efluentes de residuos e efluentes do fertilizador, amidón e de fábricas de pasta como fontes de nutrientes.^[17] Os efluentes de residuos son os que están máis facilmente dispoñibles en zonas rurais, o que permite a produción a pequena escala.^[28] Un dos maiores atrancos para a produción a grande escala é o complicado complexo de colleita, que supón do 20 ao 30% do custo total de produción. Debido ao pequeno tamaño da célula e o diluídos que son os cultivos (concentración de masa menor de 1 g/L) con densidades próximas á das microalgas acuáticas, son difíciles de separar do seu medio de crecemento.^[29]

Cultivo en lagoas abertas

Os sistemas de lagoas abertas son o modo máis común para cultivar A. platensis debido ao seu custo comparativamente baixo. Tipicamente, as canles están construídos en forma de pista de carreiras de paredes de terra cubertas de formigón ou PVC, e a auga é movida por rodas de pas. Porén, o deseño aberto, facilita a contaminación por algas ou microorganismos alleos.^[17] Outros problemas son a perda de auga debido á evaporación. Ambos os problemas poden ser contrarrestados cubrindo as canles con película de polietileno transparente.^[30]

Cultivo en sistemas pechados

Os sistemas pechados teñen a vantaxe de poder controlar o ambiente físico, químico e biolóxico. Isto permite un incremento do rendemento e máis control do nivel de nutrientes. Formas típicas como tubos ou bolsas de polietileno, tamén ofrecen unhas razóns superfiice-volume máis grandes que os sistemas de lagoas abertas,^[31] incrementando así a cantidade de luz solar dispoñible para a fotosíntese. Estes sistemas pechados axudan a ampliar o período de crecemento nos meses de inverno, pero a miúdo orixina sobrequecemento no verán.^[32]

Potencial de mercado e viabilidade

O cultivo de Arthrospira realizouse desde antigo nalgúns lugares, especialmente en México e arredor do lago Chad en África. Durante o século XX redescubríronse as súas propiedades beneficiosas e incrementáronse os estudos sobre a Arthrospira e a súa produción.^[33] Nas pasadas décadas, desenvolveuse a produción a grande escala das cianobacterias.^[34] O Xapón empezou a producila en 1960, e nos anos posteriores México e varios outros países de todos os continentes, como a China, a India, Tailandia, Myanmar e os Estados Unidos empezaron a producila en grande escala.^[33] En pouco tempo, a China converteuse no maior produtor do mundo.^[34] Unha vantaxe da produción e uso da espirulina é que a súa produción pode ser realizada a diferentes escalas, desde un cultivo caseiro a unha produción comercial intensiva en grandes áreas.

Especialmente como colleita a pequena escala, Arthrospira aínda ten un considerable potencial de desenvolvemento, por exemplo para a mellora nutricional.^[35] Nos novos países onde isto podería ocorrer, deberían dispoñer de lagoas alcalinas en altas altitudes ou auga subterránea salina e alcalina ou áreas costeiras con altas temperaturas.^[16] Por outra parte, os requirimentos técnicos necesarios para novas granxas de espirulina son bastante básicos.^[35]

O mercado internacional da espirulina está dividido en dous grupos diana: un inclúe organizacións non gobernamentais e institucións centradas na malnutrición e o outro inclúe persoas preocupadas pola saúde. Aínda hai algúns países, especialmente en África, que a producen a nivel local. Poderían responder á demanda internacional ao incrementar a produción e economías de escala. Cultivar o produto en África podería ofrecer unha vantaxe en prezo, debido ao baixo custo de man de obra. Por outra parte, os países africanos terían que superar os estándares de calidade dos países importadores, que poderían supoñer maiores custos.^[35]

Notas

1. Ciferri, O. (1983). "Spirulina, the edible microorganism". Microbiological Reviews 47 (4): 551–578. PMC 283708. PMID 6420655. doi:10.1128/MMBR.47.4.551-578.1983. 
2. Mühling, Martin (marzo de 2000). Characterization of Arthrospira (Spirulina) Strains (PDF) (Ph.D.). University of Durham. Arquivado dende o orixinal o 2016-01-23. Consultado o 2016-01-23. 
3. Gershwin, ME; Belay, A (2007). Spirulina in human nutrition and health. CRC Press, USA. 
4. Stanier, RY; Van Niel, Y (xaneiro de 1962). "The concept of a bacterium". Arch Mikrobiol 42: 17–35. PMID 13916221. doi:10.1007/bf00425185. 
5. Sánchez, Bernal-Castillo; Van Niel, J; Rozo, C; Rodríguez, I (2003). "Spirulina (arthrospira): an edible microorganism: a review". Universitas Scientiarum 8 (1): 7–24. 
6. Siva Kiran, RR; Madhu GM; Satyanarayana SV (2016). "Spirulina in combating Protein Energy Malnutrition (PEM) and Protein Energy Wasting (PEW) - A review" (PDF). Journal of Nutrition Research. Consultado o 20 de febreiro de 2016. 
7. Takatomo Fujisawa; Rei Narikawa; Shinobu Okamoto; Shigeki Ehira; Hidehisa Yoshimura; Iwane Suzuki; Tatsuru Masuda; Mari Mochimaru; Shinichi Takaichi; Koichiro Awai; Mitsuo Sekine; Hiroshi Horikawa; Isao Yashiro; Seiha Omata; Hiromi Takarada; Yoko Katano; Hiroki Kosugi; Satoshi Tanikawa; Kazuko Ohmori; Naoki Sato; Masahiko Ikeuchi; Nobuyuki Fujita; Masayuki Ohmori (2010-03-04). "Genomic Structure of an Economically Important Cyanobacterium, Arthrospira (Spirulina) platensis NIES-39". DNA Res. 17 (2): 85–103. PMC 2853384. PMID 20203057. doi:10.1093/dnares/dsq004.  In its turn, it references: Castenholz R.W.; Rippka R.; Herdman M.; Wilmotte A. (2007). Boone D.R.; Castenholz R.W.; Garrity G.M., eds. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (2nd ed.). Springer: Berlin. pp. 542–3. 
8. LPSN Arthrospira
9. LPSN Arthrospira platensis
10. {{cite [oki90j8uhy7n9hiki09h7 journal|last1=Rich|first1=F|title=Notes on Arthrospira platensis|journal=Rev. Algol.|date=1931|volume=6|pages=75–79}}
11. Marty, F; Busson, F (1970). "Données cytologiques sur deux Cyanophycées:Spirulina platensis (Gom.) Geitler et Spirulina geitleri J. de Toni". Schweizerische Zeitschritf für Hydrologie 32 (2): 559–565. doi:10.1007/bf02502570. 
12. Van Eykelenburg, C (1977). "On the morphology and ultrastructure of the cell wall of Spirulina platensis". Antonie van Leeuwenhoek 43 (2): 89–99. PMID 413479. doi:10.1007/bf00395664. 
13. FAO Report (2008). A review on culture, production and use of spirulina as food for humans and feeds for domestic animals and fish. Roma: Food and agriculture organization of the united nations. 
14. Phang, S. M. (2000). "Spirulina cultivation in digested sago starch factory wastewater". Journal of Applied Phycology 12 (3/5): 395–400. doi:10.1023/A:1008157731731. 
15. Spolaore, Pauline; et al. (2006). "Commercial applications of microalgae". Journal of Bioscience and Bioengineering 101 (2): 87–96. PMID 16569602. doi:10.1263/jbb.101.87. 
16. Habib, M. Ahsan B.; Parvin, Mashuda; Huntington, Tim C.; Hasan, Mohammad R. (2008). "A Review on Culture, Production and Use of Spirulina as Food dor Humans and Feeds for Domestic Animals and Fish" (PDF). Food and Agriculture Organization of The United Nations. Consultado o 20 de novembro de 2011. 
17. Vonshak, A. (ed.). Spirulina platensis (Arthrospira): Physiology, Cell-biology and Biotechnology. Londres: Taylor & Francis, 1997.
18. Adiba, B. D.; et al. (2008). "Preliminary characterization of food tablets from date ( Phoenix dactylifera L.) and spirulina ( Spirulina sp.) powders". Powder Technology 208 (3): 725–730. doi:10.1016/j.powtec.2011.01.016. 
19. Asghari, A.; et al. (2016). "A Review on Antioxidant P roperties of Spirulin". Journal of Applied Biotechnology Reports. 
20. Holman, B. W. B.; et al. (2012). "Spirulina as a livestock supplement and animal feed". Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition 97 (4): 615–623. PMID 22860698. doi:10.1111/j.1439-0396.2012.01328.x. 
21. Mahdieh (2012). "Green biosynthesis of silver nanoparticles by Spirulina platensis". Scientia Iranica 19 (3): 926–929. doi:10.1016/j.scient.2012.01.010. 
22. Mahltig, B; et al. (2013). "Modification of algae with zinc, copper and silver ions for usage as natural composite for antibacterial applications". Materials Science and Engineering 33 (2): 979–983. PMID 25427514. doi:10.1016/j.msec.2012.11.033. 
23. Kumaresan V, Sannasimuthu A, Arasu M, Al-Dhabi NA, Arockiaraj J. Molecular insight into the metabolic activities of a protein-rich micro alga, Arthrospira platensis by de novo transcriptome analysis. Mol Biol Rep (2018). https://rdcu.be/20jC
24. Kumaresan V, Nizam F, Ravichandran G, Viswanathan K, Palanisamy R, et al. Transcriptome changes of blue-green algae, Arthrospira sp. in response to sulfate stress. Algal Research (2017) 23, 96-103. https://doi.org/10.1016/j.algal.2017.01.012
25. Vonshak, A; Guy, R (1988). Photoinhibition as a limiting factor in outdoor cultivation of Spirulina platensis. In Stadler et al. eds. Algal Biotechnology. Londres: Elsevier Applied Sci. Publishers. 
26. Vonshak, A (1997). Spirulina platensis (Arthrospira). In Physiology, Cell Biology and Biotechnology. Basingstoke, Hants, Londres: Taylor and Francis. 
27. Materassi, R; et al. (1984). "Spirulina culture in sea-water". Appl. Microbiol. Biotechnol. 19 (6): 384–386. doi:10.1007/bf00454374. 
28. Laliberte, G; et al. (1997). Mass cultivation and wastewater treatment using Spirulina. In A. Vonshak, ed. Spirulina platensis (Arthrospira platensis) Physiology, Cell Biology and Biotechnology. Basingstoke, Hants, Londres: Taylor and Francis. pp. 159–174. 
29. Barros, Ana I.; et al. (2015). "Harvesting techniques applied to microalgae: A review". Renewable and Sustainable Energy Reviews 41: 1489–1500. doi:10.1016/j.rser.2014.09.037. hdl:10216/103426. 
30. Sánchez, M.; et al. "Spirulina (Arthrospira): An edible microorganism. A Review.". Consultado o 21 de marzo de 2022. 
31. Tredici, M; Materassi, R (1992). "From open ponds to vertical alveolar panels: the Italian experience in the development of reactors for the mass cultivation of phototrophic microorganisms". Journal of Applied Phycology 4 (3): 221–231. doi:10.1007/bf02161208. 
32. Tomaselli, L; et al. (1987). "Recent research on Spirulina in Italy". Hydrobiology. 151/152: 79–82. doi:10.1007/bf00046110. 
33. Ahsan, M; et al. (2008). A Review on Culture, Production and use of Spirulina as Food for Humans and Feeds for Domestic Animals and Fish. Roma: FAO Fisheries and Aquaculture Circular No. 1034. 
34. Whitton, B. A. (2012). Ecology of Cyanobacteria II: Their Diversity in Space and Time. Springer. pp. 701–711. 
35. Smart Fish (2011). "Spirulina – a livelihood and a business venture". Report: SF/2011. 

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Guiry, M.D.; Guiry, G.M. (2008). "Arthrospira". AlgaeBase. World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway.