Introducción a las algas

Hola, mi nombre es Frank Fields, soy un biólogo investigador en el California Center Algae Biotechnology en la UC San Diego. Hoy voy a hablar sobre el monitoreo de cultivos de microalgas. Primero me gustaría comenzar con esta gráfica que muestra el crecimiento típico de los cultivos de microalgas. Esto muestra la densidad del cultivo a lo largo del tiempo. Los cultivos comienzan cuando inoculamos medio fresco a baja densidad y las células pueden tardar un tiempo en adaptarse a este nuevo entorno, por lo que hay una fase lag inicial. Esta fase lag es seguida de un período de rápido crecimiento en el que la división celular es máxima y los recursos son consumidos rápidamente. A medida que se consumen estos recursos, algo eventualmente se vuelve limitante para el cultivo que detiene el crecimiento y las divisiones. Esta limitación envía al cultivo a lo que llamamos una fase estacionaria. Y si la fase estacionaria persiste el tiempo suficiente, las células comenzarán a morir o entrarán en una etapa de reposo esperando que el entorno mejore. Comprender esta curva de crecimiento básica es muy importante porque queremos preguntarnos: ¿En qué etapa se encuentra mi cultivo mientras cultivamos algas? Lo primero que podemos hacer para entender en qué etapa se encuentra es cuantificar la biomasa dentro del cultivo. Esto se hace midiendo la cantidad de peso seco que hay dentro de nuestro cultivo. Podemos tomar una muestra líquida, pasarla por un filtro, secar esa muestra y pesar la masa de todo lo que se retuvo. Esta diapositiva aquí muestra una imagen de cómo se ve un sistema de filtración, así como algunos filtros en la parte inferior. Los filtros verdes en la parte superior se cosecharon durante la fase de crecimiento, mientras que los filtros marrones se cosecharon durante la fase estacionaria. Veremos un cambio en el color y la densidad de la biomasa dependiendo de cuándo la medimos durante esa fase de crecimiento. Ahora, la cuantificación de la biomasa es la medición más directa y, por lo general, la más importante. Sin embargo, mide todo lo que está en ese cultivo, incluidas células muertas, materia inorgánica y contaminantes. La siguiente técnica que utilizamos es la densidad óptica. Si miran la imagen de estas tres bolsas aquí, verán que las bolsas parecen tener diferentes densidades. La forma de medir la densidad óptica es tomar una muestra y hacer pasar un haz de luz a través de ella en un instrumento llamado espectrofotómetro. El espectrofotómetro mide la cantidad de luz que fue absorbida por las células en su cultivo. Conforme hay más células en el cultivo, se absorberá más luz y tendrá una mayor densidad óptica. La densidad óptica es una forma muy rápida y fácil de medir su cultivo, y sigue muy bien, como pueden ver en esta gráfica aquí, con el peso en seco de la diapositiva anterior. La siguiente técnica que usamos es medir el número y el tamaño de las células dentro de nuestro cultivo. Estas dos imágenes aquí les muestran la vista de un portaobjetos especializado de conteo bajo un microscopio. Las células de la izquierda se midieron durante la fase de crecimiento, mientras que las células de la derecha se midieron durante algún tipo de limitación. Al conocer el número de células dentro de cada uno de esos cuadros en ese portaobjetos de conteo, podemos calcular el número de células por volumen en nuestro cultivo. Ahora medir el tamaño o el volumen de las células también es muy importante porque eso les dirá si hay un cambio en los medios de cultivo y si las condiciones se están volviendo desfavorables. Esto también se puede correlacionar con un cambio en la composición dentro de las células. Ahora, muchas veces no estamos creciendo el cultivo solo por la biomasa, lo estamos creciendo para un bioproducto específico, y queremos monitorear ese producto también durante el crecimiento del cultivo. Esta diapositiva les muestra un par de técnicas diferentes que utilizamos para medir bioproductos específicos. Las dos imágenes superiores les muestra la cuantificación de proteínas. Utilizamos ensayos colorimétricos para medir la cantidad de proteína dentro de las células, y también podemos usar anticuerpos para medir una proteína específica. La imagen a la derecha en la diapositiva muestra que al cuarto día, tuvimos la mayor cantidad de una proteína específica y ese habría sido el mejor día para cosechar ese cultivo. Las imágenes en la parte inferior de la diapositiva, les muestra una tinción fluorescente que se une al aceite dentro de las células. Esto es muy útil para rastrear el aceite dentro de las células a medida que crece el cultivo, y el aceite generalmente aumenta durante las fases de limitación. Los cultivos pueden colapsar repentinamente, y es importante entender el por qué y estar atentos a estos factores limitantes. Puede haber deficiencias de recursos, como bajo contenido de nitrógeno o fósforo en los medios, puede haber condiciones desfavorables, como un cambio repentino en las condiciones de temperatura o iluminación, y puede haber contaminación o una enfermedad. La imagen en la diapositiva muestra dos estanques uno al lado del otro. El de la izquierda ha colapsado debido a algunas limitaciones, mientras que el de la derecha se mantuvo saludable. Monitorear estos posibles factores limitantes también es crucial para tener un cultivo exitoso. Es importante vigilar la química del agua y el nivel de contaminación en cualquier sistema. En sistemas abiertos al aire libre, es imprescindible que esté monitoreando el clima in situ, así como los pronósticos del tiempo, para poder anticipar qué hacer a continuación. Con todas estas herramientas a su disposición, debería poder evaluar el estado actual de su cultivo y decidir si su cultivo es lo suficientemente saludable como para escalar al siguiente sistema más grande, si necesitan remediar la situación cambiando la química del agua, o agregar algo para disminuir la contaminación, o si sería mejor cosechar su cultivo tal como está y enviar la biomasa para su procesamiento posterior, del cual escucharemos en otra clase que se avecina. Gracias.
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