Los protectores solares naturales protegen la piel de las radiaciones nocivas y, al mismo tiempo, reducen el riesgo de reacciones alérgicas. En un estudio reciente, los investigadores han identificado un compuesto desconocido hasta ahora llamado β-glucosa-ligada hidroxi-micosporina-sarcosina. Esta sustancia la producen las cianobacterias termófilas cuando se exponen a la radiación UV-A, UV-B y a condiciones salinas. A diferencia de otros aminoácidos similares a la micosporina (MAA) conocidos, este compuesto se produce por una vía biosintética especial. Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para la biotecnología industrial centrada en la producción de ingredientes naturales filtradores de UV.
Creciente interés por una protección UV segura
Las cianobacterias son bacterias fotosintéticas que producen oxígeno y son conocidas por su capacidad para sobrevivir en entornos hostiles. Para hacer frente a tensiones extremas, producen una serie de compuestos químicos. Entre ellos se encuentran los aminoácidos similares a la micosporina (MAA), pequeñas moléculas hidrosolubles que absorben la radiación ultravioleta (UV). Los MAA protegen a las células del daño solar y actúan como antioxidantes neutralizando las especies reactivas del oxígeno (ROS) inducidas por el estrés. Aunque estas moléculas tienen una estructura básica común, sus variaciones dan lugar a diferentes actividades y funciones biológicas.
Ante la creciente preocupación por la radiación UV y el aumento de las tasas de cáncer de piel, los científicos buscan compuestos más seguros que proporcionen una protección solar eficaz. Los protectores solares químicos convencionales pueden bloquear los rayos UV, pero también se asocian a reacciones alérgicas y otros efectos secundarios indeseables. Los MAA se caracterizan por ser biocompatibles y se consideran seguros para el uso humano. Estas propiedades los convierten en candidatos prometedores para la biotecnología sostenible y la producción a gran escala de alternativas naturales de protección solar.
Descubrimiento en las aguas termales de Tailandia
En un nuevo estudio, investigadores dirigidos por el profesor Hakuto Kageyama, de la Universidad de Meijo, y el profesor Rungaroon Waditee-Sirisattha, de la Universidad de Chulalongkorn, identificaron un nuevo MAA producido por cianobacterias termófilas que viven en aguas termales de Tailandia. Además de identificar una nueva molécula, la investigación arroja luz sobre cómo se adaptan estos organismos a entornos extremos. «Entender la biosíntesis que responde al estrés en las cianobacterias extremófilas podría acelerar la biotecnología industrial para la producción de pigmentos y antioxidantes naturales», afirma el profesor Kageyama, explicando la motivación del trabajo. El estudio se publicó en línea y posteriormente en el volumen 1009 de Science of The Total Environment.
Una molécula única con propiedades químicas poco comunes
El equipo de investigadores aisló ocho cepas de cianobacterias termotolerantes de la fuente termal de Bo Khlueng, en la provincia tailandesa de Ratchaburi. Durante los experimentos de laboratorio, una cepa llamada Gloeocapsa species BRSZ produjo un compuesto absorbente de UV desconocido hasta entonces cuando se expuso a luz UV-A y UV-B. El compuesto, identificado como β-hidroxi-micosporina-sarcosina ligada a glucosa (GlcHMS326), se estudió posteriormente en detalle para comprender su estructura y función.
GlcHMS326 se caracteriza por tres modificaciones químicas diferentes: Glucosilación, hidroxilación y metilación. Estas modificaciones aún no se han descrito en MAA de cianobacterias. Los análisis genéticos revelaron que las cianobacterias responsables de la producción de este compuesto contienen un conjunto único de genes asociados a estas modificaciones químicas.
La producción de GlcHMS326 aumenta significativamente cuando las cianobacterias se exponen a condiciones de UV-A, UV-B y salinidad elevada. Aunque los organismos proceden de fuentes termales, este compuesto específico no se desencadena por estrés térmico. Las modificaciones químicas halladas en el GlcHMS326 contribuyen a su estructura inusual y a su mayor rendimiento.
Se sabe que la metilación mejora la estabilidad, la absorción de rayos UV y la actividad antioxidante de los compuestos MAA. Se cree que la glucosilación favorece aún más la estabilidad, la fotoprotección y la defensa antioxidante. En comparación con los MAA más comunes, GlcHMS326 presenta una mayor actividad de eliminación de radicales libres, lo que sugiere que su estructura modificada desempeña un papel clave en la mejora de su potencial antioxidante.
Potencial para protectores solares ecológicos y más allá
El estudio aporta nuevos conocimientos sobre cómo las cianobacterias han desarrollado vías metabólicas especializadas en entornos extremos para producir compuestos naturales eficaces que protegen de los rayos UV. Este MAA único parece desempeñar un papel importante a la hora de ayudar a las especies de Gloeocapsa a tolerar el estrés ambiental y es probable que cumpla múltiples funciones en estas cianobacterias termófilas. El presente estudio pone de relieve que las cianobacterias extremófilas no sólo son importantes desde el punto de vista ecológico, sino que también representan un importante campo de investigación para varias disciplinas.
El compuesto recién identificado se caracteriza por su versatilidad y su potencial para la producción sostenible a gran escala utilizando las cianobacterias como «biofactorías». Podría servir como alternativa a ciertos filtros UV sintéticos que suscitan preocupación medioambiental y contribuir así al desarrollo de protectores solares más respetuosos con el medio ambiente. Por sus propiedades antioxidantes, también podría utilizarse en productos antienvejecimiento, fórmulas para el cuidado de la piel y fármacos.
«Este descubrimiento nos recuerda que la naturaleza aún nos reserva muchas sorpresas químicas. Las cianobacterias extremófilas revelan moléculas inusuales que pueden inspirar nuevas direcciones en la investigación básica y la biotecnología sostenible», resume el profesor Kageyama.