Biotecnología Marina en México

De acuerdo a la OCDE (2005), la biotecnología se define como la aplicación de la ciencia y la tecnología a los organismos vivos, así como sus partes, productos y modelos, con el fin de alterar materiales vivos o no vivos, para la producción de conocimiento, bienes y/o servicios. Debido a que el campo de acción de la biotecnología es muy amplio Kafarski (2012) desarrolló un código de colores para diferenciar las principales áreas de aplicación de la biotecnología: blanca (industrial), verde (agricultura), azul (marina y agua dulce), roja (farmacéutica), café (biotecnología de desiertos), morada (patentes e invenciones), y amarilla (biotecnología de insectos).

La biotecnología marina, también conocida como biotecnología azul, es la encargada del estudio de los organismos marinos, su aprovechamiento sustentable y respetuoso de la diversidad biológica, mediante herramientas como la biología molecular, celular, bioquímica y la bioinformática, entre otras (Fig. 1). 

Figura 1. Aplicaciones de la biotecnología marina.

La biotecnología marina es un área de grandes oportunidades en México ya que nuestro país posee una extensión oceánica del 65%, la cual está constituida por el Pacífico mexicano, los golfos de California y Tehuantepec, y la del Atlántico, con el Golfo de México y el Mar Caribe (Fig. 2). Su posición geográfica, en términos de litorales y superficie marina, permite albergar una enorme diversidad biológica y ecosistémica que presenta una gran variedad de organismos vivos, desde bacterias hasta eucariotas, los cuales se desarrollan en ambiente muy diversos que demandan mecanismos de adaptación particulares, como es la síntesis de moléculas activas que funcionan como moléculas de señalización, defensa contra depredadores, eliminación de competidores o inhibidor de invasión bacteriana y/o fúngica (Lindequist, 2016).

Figura 2. Zona Económica Exclusiva de México y cifras. Paneles: Derecho, Composición fotográfica de la Dirección General de Cartografía. La superficie del mar patrimonial mexicano (sombreado en azul rey) es de aproximadamente 2.9 millones de kilómetros cuadrados. (Gobierno de México, 2023).

Aplicaciones de la biotecnología marina

Producción de compuestos bioactivos

Los organismos marinos han sido considerados como una fuente prometedora de compuestos bioactivos. Los compuestos bioactivos son aquellas sustancias que, aunque se encuentran en baja concentración tienen un efecto positivo o negativo en un organismo (Rivera-Pérez y Hernández-Saavedra, 2021). Los organismos marinos han mostrado poseer compuestos bioactivos con actividad farmacéutica como antimicrobianos, antioxidantes, anticancerígenos, etc., ya que están sujetos a ambientes extremos (salinidad, presión, temperatura, etc.), que los fuerzan a producir una gran variedad de compuestos bioactivos. Actualmente, se han descrito más de 13,000 moléculas de origen marino, de las cuales 3000 poseen bioactividad (p.e. proteínas, polisacáridos, pigmentos, etc.) (Gerwick y Moore, 2012).

Las principales fuentes de compuestos bioactivos de origen marino son: bacterias, cianobacterias, algas, esponjas, Cnidarios, Briozoos, moluscos, tunicados, equinodermos y víboras marinas (Lindequist, 2016), pero sólo algunos de ellos se han caracterizado y comercializado por sus propiedades farmacológicas, , entre ellos están ziconotide y brentuximab vedotin, los cuales son péptidos marinos y un péptido derivado provenientes de moluscos marinos, Conus magus y Dolabella auricularia, respectivamente, que se usan en conjunto para tratar el linfoma Hodgkin, estos compuestos fueron aprobados en 2011 por la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos. Trabectedin, que fue aislada de una ascidia (Ecteinascidia turbinata) y aprobada para su uso contra el sarcoma en el 2007 por la Unión Europea (EU) y en 2015 por la FDA en Estados Unidos. Eribulin mesylate fue aislada de una esponja marina (Halichondria okadai) y aprobada para su uso contra el cáncer de seno en 2010 por la FDA y en 2011 por la EU. Además, existe una gran variedad de compuestos marinos que se usan con fines de diagnóstico y experimentación, tales como: la proteína verde fluorescente (GFP) aislada de la medusa Aequorea victoria y empleada para el etiquetado de moléculas, LAL aislado del cangrejo Limulus polyphemus para detección de lipopolisacáridos de bacterias gram negativas, hemocianina KLH del molusco marino Megathura crenulata, empleada como acarreador de vacunas para el tratamiento de carcinoma de vejiga. Otros compuestos como tetrodotoxina, ácido okadaico y Palitoxina, son toxinas empleadas para el estudio de los canales de iones en células eucariotas. Además, existen otros 20 candidatos que se encuentran en ensayos clínicos fase I, I/II, II o III (Lindequist, 2016). Por lo tanto, los organismos marinos son candidatos para la búsqueda de nuevas moléculas bioactivas que puedan ser útiles en la industria farmacéutica y/o de investigación.

Industria alimentaria

En la industria alimentaria, la biotecnología marina es empleada para la producción de aditivos que pueden ser aplicados durante el procesamiento de alimentos, almacenamiento y fortificación. De acuerdo con Rasmussen y Morrisey (2007) los ingredientes para alimentos de origen marino han sido clasificados como:

• Pigmentos fotosintéticos: incluye ingredientes como carotenoides, ficobilinas y clorofilas, los cuales se utilizan en la adición de colores a alimentos, pigmentación de salmones o como nutracéutico.

• Lípidos: incluye ácidos grasos omega-3, EPA, DHA y esteroles. Estos son empleados como nutracéuticos y para formulación de alimentos para la acuicultura.

• Polisacáridos: ficocoloides (alginato, carragenina, agar), fucoides, entre otros. Estos se emplean como estabilizadores y emulsificantes de alimentos (aderezos, helados, jamones, etc.).

• Proteínas: colágeno, gelatina, albúmina, protamina. Estos son empleados como estabilizadores, texturizadores, helados, yogurt, etc.

• Enzimas: Proteasas, lipasas, quitinasas, transglutaminasas. Las enzimas que se extraen de peces, crustáceos y microorganismos marinos presentan ventajas sobre las enzimas tradicionales usadas en tecnología de alimentos ya que pueden funcionar en condiciones extremas de temperatura y pH.

Industria cosmética

La producción de compuestos usados para formulaciones cosméticas es obtenida usualmente de microalgas u otros organismos marinos, seguido de su cultivo en biorreactores (Biotechmarine, 2016). Por ejemplo, Ephemer (Undaria pinnatifida; BiotechMarine®) empleada como compuesto bioactivo en cremas antienvejecimiento, Silidine (Greentech®) empleado la reducir la dilatación de los vasos sanguíneos, X-Cell-30 (Greentech®) empleado como antienvejecimiento y contra la psoriasis, Cellynkage (Lipotec®) empleado como antienvejecimiento. Además, el DG-DNA Complex® el cual es un extracto enzimático que se emplea en cremas por su resistencia a rayos UV y su capacidad de reparación del ADN (Emiliano, Guimaraes y Netz, 2012).

Biocombustibles

Los biocombustibles de origen marino son producidos por macro y microalgas y representan una alternativa sobre la biomasa terrestre (p.e. cultivo de maíz y caña). Entre las ventajas destacan que la biomasa de macro o microalgas para la producción de biocombustibles es relativamente sencilla, ya que puede ser producida en biorreactores en condiciones controladas, no requieren de áreas físicas extensas como los cultivos de plantas, además de que no requieren fertilizantes (Hargreaves, 2013). El principal biocombustible de origen marino es el bioetanol, este es producido mediante la hidrólisis enzimática de las azúcares mediante un proceso de fermentación. Este se produce principalmente de especies como Kappachycus alvarezii, Ulva pertusa Kjellman, Alaria crassifolia Kjellman, Laminaria japónica y Chlorococum humicola, entre otras (revisado en Ramachandra y Hebbale, 2020). Si bien la producción de biomasa de macro y microalgas es un proceso sencillo, se requiere de un proceso de optimización para poder establecer las condiciones adecuadas para su cultivo y la producción de bioetanol.

Conclusiones

La biotecnología marina es un campo de oportunidad para el aprovechamiento responsable de subproductos de la pesca y/o de organismos marinos que presentan moléculas de interés para diferentes industrias como la farmacéutica, cosmética, alimentaria y de biocombustibles. Además, la generación de nuevos productos puede conllevar la transferencia de conocimiento a las empresas, que a su vez pueden generar empleo.

Referencias

BiotechMarine. (2016). Obtenido de: https://supplementpolice.com/biotech-marine/

Emiliano A, Guimaraes F., Netz, D.J.A. (2012). Biotecnología Na Obtencao De Ativos E Excipientes Cosméticos. Univali, 2012,1-22.

Gerwick, W.H. y Moore, B.S. (2012). Lessons from the past and charting the future of marine natural products drug discovery and chemical biology. Chemical Biology, 19(1), 85-98.

Gobierno de México. (2023). Título quinto, parte 2: Cartografia. https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/3183/titulo_quinto_parte2_Cartografia.pdf; Consultado el 19 de enero del 2023.

Hargreaves, P.I., Barcelos, C.A., da Costa, A.C.A., Pereira, N. (2013). Production of etanol 3G from Kappaphycus alvarezii: evaluation of different process strategies. Bioresource and Technology, 134, 257-263.

Kafarski P. Rainbow code of biotechnology. Chemik 2012, 814-816.

Lindequist, U. (2016). Marine-derived pharmaceuticals – Challenges and Opportunities. Biomollecules and Therapeutics, 24, 561-571

Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE). (2005). A framework for biotechnology statistics, OCDE, París.

Ramachandra, T.V. y Hebbale, D. (2020). Bioethanol from macroalgae: Prospects and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 117, 109479.

Rasmussen, R.S. y Morrissey, M.T. (2007). Marine biotechnology for production of food ingredients. Advances in Food and Nutrition Research, 237-292.

SEMARNAT (2018). Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales; Océanos y mares de México. https://www.gob.mx/semarnat/articulos/oceanos-y-mares-de-mexico. Consultado 19 de enero del 2023.