Diseño de un proceso para la obtención de compuestos bioactivos con capacidad antioxidante a partir de cultivos celulares de mora (Rubus adenotrichos Schltdl.) en biorreactor - Schmidt-Durán, Alexander (Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2023)
Los antioxidantes son compuestos que pueden neutralizar los radicales libres. El cuerpo humano produce antioxidantes de forma natural; sin embargo, en ciertas condiciones, estos no son suficientes para contrarrestar el efecto de los radicales libres, por lo que se hace necesario suplementarlos a través de la alimentación. La mora ha sido catalogada como una fruta con alta capacidad antioxidante, debido principalmente a su contenido de elagitaninos. Los elagitaninos son polifenoles que, al ser metabolizados por la microbiota intestinal se transforman en urolitinas, las cuales presentan una alta biodisponibilidad y funcionan como potentes agentes antioxidantes. Sin embargo, los estudios de los compuestos bioactivos en la mora se han centrado en la fruta o el jugo, pero hay poca investigación científica usando herramientas biotecnológicas. Por esta razón, el objetivo de este proyecto doctoral fue diseñar un proceso para la obtención de compuestos bioactivos con capacidad antioxidante a partir de cultivos celulares de mora obtenidos en biorreactor. Primeramente, se realizó una búsqueda y análisis de todos los trabajos disponibles sobre la mora (Rubus adenotrichos Schltdl.). En el documento de revisión, se evidenció la alta concentración de elagitaninos que posee la fruta de mora; las diferencias existentes entre diferentes especies y variedades de mora; así como la influencia que tienen las condiciones ambientales en la acumulación de los metabolitos de interés. Además, se documentó cómo los elagitaninos sufren degradación en el procesamiento para la obtención de jugo, especialmente por fenómenos relacionados con el aumento de la temperatura, por lo que diferentes investigadores generaron estrategias de concentración de los metabolitos de interés sin la intervención de calor. No obstante, a pesar de que existe degradación de los compuestos de la mora, éstos mantuvieron su actividad biológica in vitro, mostrando efectos antioxidantes y antiinflamatorios, así como generando apoptosis celular en líneas celulares cancerígenas. Además, en las pruebas in vivo que se han realizado, el jugo de mora evidenció potencial para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Los trabajos realizados hasta la fecha demuestran el alto potencial que esta fruta tiene como agente antioxidante, pero a su vez, también evidenció la poca investigación en esta especie utilizando herramientas biotecnológicas. Seguidamente, se estableció el cultivo de las células de mora en matraz Erlenmeyer, determinando el tipo de tapón y le medio de cultivo donde se obtuvieron las mayores concentraciones de ácido elágico y vanillina. Para esto, se estandarizó las metodologías de extracción y cuantificación de los compuestos de interés. Se trabajó con la técnica de polifenoles totales por Folin-Ciocalteu, la capacidad antioxidante mediante el radical libre DPPH y la cuantificación de compuestos específicos de interés mediante el uso del UHPLC. Se determinó que tres extracciones a las células de mora liofilizadas con metanol al 100% como solvente, era el método donde se obtenía las concentraciones más altas de los metabolitos estudiados. Se eligió el tapón de algodón para los cultivos en los matraces Erlenmeyer, debido a que resultó el más adecuado para el crecimiento de los cultivos. Además, se evaluaron seis medios de cultivo distintos, obteniendo que el medio Gamborg, suplementado con 6-benciladenina, ácido indol-3-butírico y fuentes de nitrógeno orgánicas como la L-glutamina y la caseína hidrolizada fue el que más favoreció la producción de ácido elágico y vanillina. Por último, se establecieron las condiciones para los cultivos celulares de la mora en biorreactor de tanque agitado. Se observó que el estrés hidrodinámico es un factor que afecta significativamente a las células de mora, ya que al utilizar un impulsor turbina Rushton, el cual provoca un mayor estrés hidrodinámico, ocasionó una disminución de la biomasa obtenida, principalmente por los daños letales que se produjeron. Sin embargo, también se producen daños subletales, los cuales activan metabolismos de defensa en la célula, especialmente los relacionados con el estrés oxidativo, lo cual pudo haber sido la causa de que en este tipo de impulsor se obtuviera una mayor síntesis de ácido gálico, ácido elágico y vanillina, en comparación con el impulsor de propela marina. Adicionalmente, se pudo comprobar que los polifenoles estudiados también son degradados por procesos de concentración térmica como el rotavapor. Se logró demostrar que es factible producir compuestos bioactivos con capacidad antioxidante a partir de cultivos celulares de mora (Rubus adenotrichos Schltdl.) aceptando la hipótesis propuesta con el proyecto doctoral.
Tesis (Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo con énfasis en Sistemas de Producción Agrícola) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Universidad Estatal a Distancia, Universidad Nacional, Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo, 2023.
Keywords: Rubus adenotrichos; Antioxidantes; Compuestos bioactivos; Polifenoles; Biorreactores