Producción de aminoácidos tipo-micosporinas mediante cultivo de macroorganismos y microorganismos : revisión de condiciones de cultivo, técnicas analíticas y usos

Abstract

Los aminoácidos tipo micosporinas (MAAs, por sus siglas en inglés) son moléculas nitrogenadas solubles en agua, que absorben significativamente la radiación ultravioleta, ganando cada vez más relevancia en el ámbito de la cosmética, por sus potenciales aplicaciones como componentes activos de productos fotoprotectores para el cuidado de la piel. Estos compuestos están ampliamente distribuidos en la naturaleza, generalmente en organismos que están expuestos a luz de alta intensidad, como cianobacterias, hongos, microalgas y macroalgas marinas, corales e incluso líquenes terrestres. Los primeros reportes de los MAAs se remontan a la década de 60s, y desde entonces han sido caracterizados alrededor de 60 MAAs. Sus propiedades como fotoprotector han hecho que sean objeto de múltiples investigaciones, entre las cuales se han venido buscando alternativas de producción a partir del cultivo de organismos, principalmente marinos. Así pues, la presente tesis de maestría tiene como objetivo principal caracterizar los estudios de cultivos de organismos para la producción de este tipo de compuestos, mediante una revisión sistemática de la bibliografía, con miras a identificar los organismos potencialmente cultivables en el contexto colombiano. Para ello, se recopiló la información consultada en las bases de datos Scielo, SciFinder y Scopus, usando las palabras claves “Mycosporine-Like Amino Acids” ‘AND’ el nombre del grupo taxonómico general en inglés (ej. cyanobacteria, etc.). A partir de la búsqueda, se recuperaron 1239 artículos, los cuales fueron depurados para delimitar 185 documentos publicados desde 1993 hasta 2023, a ser revisados, estudiados y sus datos registrados en una matriz para el posterior análisis. La revisión permitió identificar el cultivo de 385 cepas de diferentes grupos de organismos, que mostraron la producción de 36 MAAs diferentes. Se identificaron 23 organismos (género o especie) con potencialidad para la producción de MAAs a través de cultivo, dentro de los cuales el taxón predominante son las macroalgas (8 especímenes), seguido por las cianobacterias (7 especímenes), microalgas (2 especímenes), carofitas (2 especímenes), dinoflagelados (2 especímenes), y hongos (1 espécimen), que presentaron concentraciones altas, tanto generales como específicas para cada MAAs. Los géneros con mayor contenido de MAAs total fueron Caloglossa con 30,9 mg/g DW, Bangia con 19,48 mg/gDW, y Pseudanabaena con 16,5 mg/g DW. Porphyra-334 (31,2 mg/g DW), shinorina (20,9 mg/g DW) son los cuantitativamente dominantes para las macroalgas y cianobacterias. Además, palitina-serina (16,5 mg/g DW) fue dominante en las cianobacterias. Estos géneros son los que se consideran con mayor potencial biotecnológico en el país. Adicionalmente, se encontraron dos reportes de organismos genéticamente modificados que reportaron altas concentraciones de MAAs (Saccharomyces cerevisiae con genes de Actinosynnema mirum y Nannochloropsis salina con genes de Pyropia yezoensis), que en condiciones naturales no cuentan con esos metabolitos dentro de su perfil. Entre las variables que influyen el cultivo de los organismos para la producción de MAAs está predominantemente la radiación, seguido por la salinidad, nutrientes (como la concentración de amoniaco) y temperatura. Finalmente, en relación con los métodos analíticos, el proceso de extracción se desarrolla principalmente con metanol, y la detección e identificación mediante técnicas de espectroscopía UV, HPLC, HPLC-MS y RMN (Texto tomado de la fuente).

Mycosporine-like amino acids (MAAs) are water-soluble nitrogenous molecules that significantly absorb ultraviolet radiation, increasingly gaining relevance in the cosmetic industry for applications as active components in sunscreen products for skin care. These compounds are widely distributed in nature, typically found in organisms exposed to high-intensity light, such as cyanobacteria, fungi, microalgae, macroalgae, corals, and even terrestrial lichens. The first reports of MAAs date back to the 1960s, and since then, around 60 MAAs have been characterized. Their photoprotective properties have led to multiple research efforts, including the search for production alternatives through the cultivation of marine organisms. Thus, this master's thesis aims to characterize studies on organism cultivation to produce these compounds through a systematic review, with the goal of identifying potentially cultivable organisms for Colombia. To achieve this, information was gathered from the Scielo, SciFinder, and Scopus databases, using keywords such as "Mycosporine-Like Amino Acids" 'AND' “general taxonomic group name” in English. The search yielded 1239 articles, which were refined to 185 documents published from 1993 to 2023 and data recorded in a matrix for subsequent analysis.The review identified 385 strains from different organism groups, demonstrating the production of 36 different MAAs. Moreover, 23 organisms (genus or species) with the potential for MAAs production through cultivation, with macroalgae (8 specimens) being the predominant taxon, followed by cyanobacteria (7 specimens), microalgae (2 specimens), charophytes (2 specimens), dinoflagellates (2 specimens), and fungi (1 specimen), which exhibited high concentrations, both in general and specific for each MAAs. The genera with the highest total MAA content were Caloglossa with 30.9 mg/g DW, Bangia with 19.48 mg/g DW, and Pseudanabaena with 16.5 mg/g DW. Porphyra-334 (31.2 mg/g DW), shinorine (20.9 mg/g DW) are quantitatively dominant for both macroalgae and cyanobacteria. Additionally, palithyne-serine (16.5 mg/g DW) is also dominant for cyanobacteria. These genera are considered to have the greatest biotechnological potential in the country. Additionally, two reports of genetically modified organisms were found to exhibit high concentrations of MAAs (Saccharomyces cerevisiae with Actinosynnema mirum genes and Nannochloropsis salina with Pyropia yezoensis genes), which do not naturally possess these metabolites in their profile. Among the variables influencing organism cultivation for MAAs production, irradiance predominates, followed by salinity, nutrients (such as ammonia concentration), and temperature. Finally, regarding analytical methods, the extraction process primarily uses methanol, and detection and identification are performed using UV spectroscopy, HPLC, HPLC-MS, and NMR techniques.