Figura 1. Equipo de investigación del Centro GEMA en terreno durante la ECA 56 en bahía Chile, península Antártica occidental y muestreo de agua del mar para aislamiento de microalgas desde un bote zodiac. A) Grupo científico conformado por el Dr. Mario Moreno-Pino, la Dra. Catherine Gerikas Ribeiro y los buzos especialistas Lea Happel y Alberto Ahumada. B) Concentración de células de microalgas mediante el uso de una red de fitoplancton con tamaño de poro de 20 μm.

Durante la Expedición Científica Antártica (ECA 56), los investigadores e investigadoras del Centro Genómica, Ecología y Medio Ambiente (GEMA), de la Universidad Mayor, aislaron un conjunto de 65 cepas de microalgas desde la bahía Chile, península Antártica occidental (Western Antarctic Peninsula-WAP) (fig. 1). 

Dos de ellas, correspondientes al género Chlamydomonas, denominadas WAP05 y WAP30, pertenecen a las Chlorophytas. Esta división de algas verdes incluye alrededor de 8200 especies y que contienen clorofilas a y b, almacenan sustancias de reserva como almidón en sus plastos y contienen β-caroteno y grandes cantidades de lípidos. Chlamydomonas sp. WAP05 (fig. 2) y WAP30 resultaron ser muy cercanas a Chlamydomonas priscuii, una especie modelo aislada del lago Bonney en los Valles Secos de la Antártica en el año 1995. 

Figura 2. Microscopía de campo claro de cultivo de Chlamydomonas sp. WAP05, objetivo 100x, indicando la presencia masiva de gránulos de lípidos.

Sin embargo, a pesar de su cercanía filogenética, WAP05 y WAP30 se originan de ambientes muy distintos: mientras C. priscuii proviene de un lago aislado y sombrío, las nuevas cepas habitan aguas superficiales con alta radiación solar y una fuerte dinámica estacional. 

Esta diferencia sugiere una diversidad de adaptaciones metabólicas y fisiológicas clave para comprender la evolución de la vida en el frío extremo. El proyecto “Descubriendo el potencial biotecnológico y la filogenómica de dos nuevas Chlamydomonas psicrofílicas”, financiado por el INACH y dirigido por la Dra. Catherine Gérikas Ribeiro, fue ejecutado en el Centro GEMA y contaba con tres objetivos específicos:

1. Caracterizar las dos nuevas cepas Chlamydomonas sp. WAP05 y WAP30, mediante el análisis morfológico, de taxonomía molecular y de su fisiología.
2. Evaluar el potencial biotecnológico de Chlamydomonas sp. WAP05 y WAP30 en términos de supervivencia, crecimiento, contenido lipídico y perfil de expresión en condiciones de estrés.
3. Analizar las relaciones filogenómicas entre las cepas de Chlamydomonas sp. WAP05 y WAP30 y otras Chlamydomonas polares, como C. priscuii.

Durante el primer año del proyecto, se caracterizó la morfología, fisiología y respuesta al estrés de estas microalgas. Para determinar los límites de sobrevivencia y crecimiento de las dos nuevas especies de Chlamydomonas antárticas, se realizaron experimentos midiendo el crecimiento a distintas temperaturas, salinidades e intensidades de luz, así como comparando los datos con el crecimiento de otras Chlamydomonas polares (fig. 3).

Figura 3. Distintas cepas de Chlamydomonas polares utilizadas en experimentos comparativos de sobrevivencia a varias temperaturas, salinidades y aportes de luz. Las cepas incluyen C. priscuii CCMP1619 y C. malina RCC2488. 

Chlamydomonas sp. WAP30 demostró ser un tipo de microorganismo psicrófilo estricto, es decir, que tienen temperaturas de crecimiento óptimo por debajo de los 10 °C. Además, esta microalga está adaptada a intensidades lumínicas altas y a longitudes de onda en el rango del rojo, mientras que Chlamydomonas sp. WAP05 mostró una mayor tolerancia térmica y preferencia por bajas intensidades de luz. Estas respuestas contrastan notablemente con las observadas en C. priscuii, que no puede crecer bajo luz roja.

Además, observamos la formación de estructuras tipo “palmeloide”, un estado morfológico caracterizado por múltiples células individuales encerradas en una membrana limitante externa. Este tipo de agregación celular está asociado a estrés térmico, reforzando la idea de que estas microalgas poseen estrategias complejas para enfrentar las condiciones antárticas. 

Durante el segundo año del proyecto se completaron los análisis de taxonomía molecular utilizando el gen 18S rRNA y comparándolo con secuencias de otros aislados de Chlamydomonas disponibles en la base de datos de GenBank. 

La figura 4 muestra parte del árbol filogenético de las Clorófitas, en el que fueron utilizadas secuencias tanto de cultivos polares como no polares. Las dos nuevas cepas de Chlamydomonas sp. WAP05 y WAP30 pertenecen al clado Moewusinia y están en el mismo linaje que C. priscuii. En este mismo linaje se encuentra otra Chlamydomonas sp. RCC2488, aislada del Ártico, y conocida con el nombre provisional de Chlamydomonas malina. 

Estos resultados indican que podría tratarse de un linaje adaptado específicamente a condiciones extremas de bajas temperaturas y alta estacionalidad lumínica. Además, el hecho de que todas las cepas de este clado hayan sido aisladas exclusivamente de ambientes polares resalta la importancia de estos ecosistemas como reservorios de biodiversidad microalgal única y poco explorada. Esta información es fundamental no solo para entender mejor la evolución de las microalgas en ambientes extremos, sino también para prever cómo podrían responder estos organismos al rápido cambio climático que afecta estas regiones.

Figura 4. Árbol filogenético del gen 18S rRNA completo y que muestra la ubicación de Chlamydomonas sp. WAP05 y WAP30 (en azul) dentro del clado Moewusinia. Los aislados de la Antártica están marcados con un triángulo abierto invertido y las del Ártico están marcadas con un triángulo completo. 

Finalmente, durante el segundo año del proyecto, en colaboración con investigadores e investigadoras de la Universidad de Oslo (UiO) y de la Universidad Ártica de Noruega (UiT), se está completando la secuenciación completa del genoma de estas dos cepas. Este hecho puede revelar funciones novedosas con potencial biotecnológico, como enzimas activas a bajas temperaturas, proteínas de unión al hielo (IBP – Ice Binding Proteins) o pigmentos fotoprotectores. 

También contribuirá a estudios comparativos con otras cepas de Chlamydomonas, enriqueciendo el conocimiento sobre la evolución del grupo y ayudando a responder preguntas clave sobre dispersión, especiación y adaptación en regiones polares.

El potencial biotecnológico de estas microalgas es considerable. Sus lípidos podrían ser utilizados para la producción de biocombustibles y sus IBP podrían tener aplicaciones en la industria alimentaria, médica y para criopreservación. 

Este trabajo ha sido posible gracias a la colaboración internacional con investigadores de Estados Unidos, Canadá y Noruega, y se inserta en los esfuerzos del Programa Nacional de Ciencia Antártica por explorar y valorar la biodiversidad única del Continente Blanco. En conjunto, este estudio no solo contribuye al conocimiento básico sobre la vida en la Antártica, sino que también abre nuevas vías para el desarrollo tecnológico sustentable basado en recursos provenientes de ambientes extremos.