En un sentido amplio y desde el punto de vista biotecnológico, el término microalga hace referencia a aquellos microorganismos unicelulares que contienen clorofila a y/u otros pigmentos fotosintéticos similares, capaces de realizar fotosíntesis oxigénica. En este contexto, las cianobacterias o algas verde-azules, procariotas se han considerado tradicionalmente dentro del grupo de las microalgas. Asimismo, según esta definición quedan excluidas las bacterias fotosintéticas ya que no contienen clorofila a sino bacterioclorofila y realizan fotosíntesis anoxigénica. Por tanto, el término microalga no tiene sentido taxonómico alguno y dentro del mismo se incluyen organismos con dos tipos celulares distintos: cianobacterias que tienen estructura celular procariota y las restantes microalgas con estructura celular eucariota.

Características de las microalgas

El término microalga engloba un grupo muy diversificado de microorganismos fotosintéticos, procariotas y eucariotas, catalizadores del proceso de fijación del CO2, convirtiéndolo en materia orgánica. Pese a las grandes diferencias estructurales, fisiológicamente ambos tipos de microalgas, procariotas y eucariotas, son similares y poseen un metabolismo fotosintético similar al de las plantas superiores. Las microalgas, seres unicelulares muy variados en tamaño y forma, existen en casi todos los hábitats conocidos. La mayor parte pertenecen a hábitats acuáticos, tanto marinos como dulceacuicolas, aunque algunas viven en tierra. Los mares y océanos contienen enormes cantidades de algas planctónicas, estimándose que el 90% de la fotosíntesis total de la Tierra es realizada por estos vegetales acuáticos. El número de táxones es elevado, se cuentan hasta ahora más de 30.000 especies de microalgas sobrepasando las 10.000 especies de cianofíceas y clorofíceas, representando en la actualidad un recurso prácticamente inexplorado, ya que solamente unas 50 especies han sido estudiadas con detalle desde el punto de vista fisiológico y bioquímico.

El estudio científico de las microalgas comenzó en 1890, cuando el microbiólogo holandés Biejelinçk estableció cultivos puros de una microalga de agua dulce: Chlorella vulgaris. Algo más tarde, en 1919 Otto Warburg consiguió cultivos densos de Chlorella en el laboratorio, e introdujo la idea de utilizar estos cultivos como una herramienta de trabajo en el estudio de la fotosíntesis. Estos cultivos y otros de otras especies y tipos de microalgas fueron objeto de atención por parte de numerosos investigadores, observándose que bajo condiciones de cultivo adecuadas y, especialmente, a intensidad de luz de saturación, eran mucho más productivos que las plantas superiores o las células fotolitotróficas aisladas de las mismas.

El concepto de producción masiva de microalgas se llevó a cabo por primera vez en Alemania durante la II Guerra mundial, dirigido a la producción de lípidos para su uso como fuente de combustible. Se utilizaron las microalgas Chlorella pirenoidosa y Nitzschia palea. Después de la II Guerra mundial comenzó a considerarse la biomasa microalgal como un suplemento importante e, incluso, capaz de reemplazar las proteínas animales o vegetales convencionales para consumo directo del ganado o del hombre, acortando la ineficiente cadena alimentaria proteica. Así, a partir de 1948, un grupo de científicos de la Carnegie Institution de Washington, realizaron el primer trabajo sistemático que establece los fundamentos científicos del cultivo masivo de microalgas. El objetivo de este proyecto era utilizar el alga verde Chlorella para la producción a gran escala de alimentos.

Durante los años 50, el interés mundial por la búsqueda de proteínas para la alimentación amplió los estudios a otras microalgas de agua dulce como Scenedesmus, Coelastrum y Spirulina además de encontrar otras aplicaciones. Oswald y colaboradores de la Universidad de California, Berkeley, sugirieron la aplicación de cultivos masivos de microalgas para el tratamiento de aguas residuales y producción de proteínas simultáneamente, asimismo se desarrollaron sistemas para la producción masiva de microalgas para la bioconversión de energía solar en metano. En los años 60 se desarrollaron sistemas cerrados de cultivo de microalgas para utilizar en misiones espaciales, además se hicieron las primeras pruebas utilizando Chlorella en la dieta humana.

En la década de los 70 los trabajos de Woods Hole estimularon el desarrollo de sistemas para el cultivo masivo de microalgas marinas, junto con importantes investigaciones básicas. En la década de los 80 se establecen ya numerosas industrias para la producción de microalgas, sobre todo de Spirulina y Dunaliella. La producción de Dunaliella fue pronto considerada como una de las más prometedoras, por su contenido en ß-caroteno y sus propiedades terapéuticas. Las microalgas han desarrollado diferentes estrategias para su supervivencia en condiciones extremas, como son: a) La síntesis de sustancias mucilaginosas extracelulares para protegerse del estrés hidrodinámico. b) La acumulación intracelular de pequeñas moléculas con funciones osmorreguladoras en medios salinos. c) La síntesis de pigmentos fotoprotectores o bien accesorios de la fotosíntesis para cultivos con intensidades de iluminación altas o bajas, respectivamente. d) La acumulación de productos tales como lípidos o polisacáridos bajo condiciones de limitación en el uso de nitrógeno. De esta forma, mediante simulación de estas condiciones en los sistemas de cultivo, el metabolismo celular puede dirigirse hacia la biosíntesis de las sustancias cuya producción se persigue. No obstante, aunque el potencial de los "bioproductos" es enorme en el contexto actual, para tener un interés específico en la economía e industria contemporánea las microalgas han de competir con la industria de síntesis química y petroquímica, así como con la agricultura. En este sentido, la lista de productos de interés económico, relativamente bien estudiados, no resulta ser muy extensa: ficobiliproteínas, carotenoides, ácidos grasos poliinsaturados y polisacáridos. Sin embargo, aún lo es más la lista de cepas empleadas. Aproximadamente el 90% del peso seco de una célula microalgal está formado por proteínas, lípidos y carbohidratos. Generalmente, aunque no siempre, el componente principal es la proteína seguido de lípidos totales o carbohidratos según las especies y las condiciones de cultivo. Los ácidos nucleicos y las cenizas constituyen proporciones menores del peso seco microalgal.

En los últimos años, los desarrollos tecnológicos para la producción masiva de microalgas han sido significativos en todo el mundo. Aunque su utilización como fuente de proteínas es actualmente muy controvertida debido principalmente a que los elevados costes de producción de la biomasa microalgal le impiden competir con los alimentos tradicionales. Pueden ser utilizadas en otras aplicaciones como biofertilizantes, en la purificación de aguas residuales, como acondicionadores de suelo y como alimento en acuicultura. Asimismo, se ha puesto de manifiesto la potencialidad de las microalgas para la producción de gran variedad de sustancias, algunas de ellas de elevado precio, como ácidos grasos, pigmentos, vitaminas, antibióticos, productos farmacéuticos y otros productos químicos de interés, así como hidrógeno, hidrocarburos y otros combustibles biológicos. En los últimos años se ha establecido del mismo modo la idoneidad de la utilización de cultivos de microalgas para ensayos biológicos y fisiológicos y se ha demostrado que son un medio adecuado para ensayar los efectos de distintos agentes químicos sobre organismos vivos.