Negli ultimi decenni problemi come il cambiamento climatico, l’inquinamento, la crescente richiesta di materie prime (come combustibili fossili) e la produzione di enormi quantità di rifiuti sono aumentati in modo esponenziale. Queste difficoltà, causate principalmente dalle attività umane, rappresentano una seria fonte di preoccupazione. Le sfide che pongono sono sempre più complesse e riguardano l’intero pianeta. In questo scenario, la ricerca di soluzioni più sostenibili ha portato l’attenzione della comunità scientifica sulle numerose potenzialità delle microalghe: potenti microrganismi unicellulari, tra i più primitivi dell’ambiente acquatico e progenitori delle piante moderne.
Potenzialità e impieghi delle microalghe
Le microalghe funzionano come vere e proprie “fabbriche viventi”; sono infatti capaci di svolgere la fotosintesi: catturano la luce solare, sequestrano l’anidride carbonica e producono ossigeno insieme a composti ad alto valore aggiunto, chiamate sostanze bioattive.
Con questo termine si indicano tutti i composti naturali o sintetici presenti negli alimenti, che sortiscono effetti positivi diretti o indiretti sulla salute. Tra queste troviamo proteine, carboidrati, lipidi, acidi grassi essenziali, pigmenti, vitamine e antiossidanti.
Grazie alla loro straordinaria capacità di adattamento, possono crescere in diversi ambienti acquatici – acqua dolce, salata o reflua – e anche sulla terra, come stagni, laghi, fiumi, mari e persino cortecce d’alberi.
Resistono bene ai cambiamenti di temperatura, salinità, pH e intensità della luce.
Queste caratteristiche delle microalghe, unite al loro rapido tasso di crescita, le rendono una risorsa promettente per affrontare le sfide globali. Le loro applicazioni difatti sono numerose: produzione di alimenti, mangimi, biocarburanti, cosmetici e prodotti farmaceutici, ma anche bonifica ambientale, sequestro del carbonio, depurazione delle acque reflue e persino produzione di energia.
Questo articolo si propone di illustrare alcune delle applicazioni più innovative e promettenti di questi microrganismi.
Le microalghe e le potenzialità in nutraceutica
Considerate sostenibili e sicure dalla Food and Drug Administration (FDA), negli ultimi anni le microalghe stanno attirando sempre più interesse in ambito nutraceutico grazie alla loro ricchezza di composti bioattivi.
Un esempio noto è Arthrospira platensis, meglio conosciuta come Spirulina, considerata come un superfood per l’alto contenuto di proteine, vitamine, minerali, antiossidanti e acidi grassi omega-3.
Da tempo viene aggiunta a varie bevande per aumentarne il valore nutrizionale e i benefici per la salute. Studi recenti evidenziano, infatti, che il consumo di Spirulina può migliorare l’idratazione, proteggere dai danni ossidativi, ridurre l’infiammazione, aumentare i livelli energetici e a supportare le funzioni cognitive.
Le proteine prodotte dalle microalghe in generale sono altamente digeribili e per questo vengono sempre di più utilizzate per la formulazione di alimenti funzionali.
Alcune specie, si distinguono per l’elevato contenuto proteico stanno emergendo come come possibili alternative sostenibili alle proteine animali.
Tra queste per esempio Arthrospira e Chlorella, grazie al loro contenuto proteico, rappresentano ingredienti promettenti per realizzare sostituti della carne sani ed equilibrati. Il loro contenuto proteico, infatti, varia dal 60% il 70% e l’ assorbimento da parte dell’organismo umano può arrivare al 95%.
Potenzialità delle microalghe in ambito farmaceutico
Anche nel settore farmaceutico, questi microrganismi offrono una ricca varietà di composti utili. Tra i principali ci sono ficocianina, luteina, cianovirina, vitamine E e B12, β-carotene, acido oleico, acido linoleico, acido palmitoleico e molte altre. Queste sostanze vengono impiegate per la formulazione di: anticoagulanti, antiossidanti, antinfiammatorie, antisettici, antivirali e anticancro.
Oltre a fornire molecole di valore, le microalghe sembrano mostrare anche un grande potenziale come nanovettori, cioè microscopici sistemi di trasporto (in scala nanometrica 1-100 nm), in grado di veicolare farmaci all’interno dell’organismo e rilasciarli in modo mirato.
Ma come funzionano?
Per adattarsi ai rapidi cambiamenti ambientali, per loro natura hanno sviluppato un movimento fototattico: riescono cioè ad orientarsi verso la luce (fornita dall’esterno) e rilasciare carichi terapeutici, in modo controllato nei tessuti bersaglio. Agiscono così come veri e propri micro-robot biologici fotoguidati.
Essendo inoltre le loro pareti cellulari sono composte da materiali naturali e biocompatibili, come cellulosa e polisaccaridi, limitano al minimo le risposte immunogeniche. Questo garantisce una degradazione fisiologica da parte di enzimi e microbi intestinali, riducendo così il rischio di tossicità a lungo termine.
Un esempio promettente arriva d uno studio del 2018 di Zhang et al. , dove la microalga C. reinharditii è stata impiegata per il rilascio mirato di antibiotici in dei modelli di topi che presentavano un’infezione acuta da Pseudomonas Aeruginosa, ottenendo dei miglioramenti terapeutici significativi.
I benefici delle microalghe nella cosmetica sostenibile
I composti bioattivi delle microalghe trovano impiego anche nel settore cosmetico. Tra questi, i carotenoidi svolgono un ruolo chiave in quanto potenti antiossidanti naturali con proprietà anti-invecchiamento, antinfiammatorie e fotoprotettive, contribuendo a prevenire la foto-ossidazione cutanea, ovvero danno alle cellule, e l’iperpigmentazione indotta dai raggi UV.
L’integrazione di carotenoidi nei prodotti per la cura della pelle ha dimostrato effettivi benefici significativi, tra cui la riduzione della forfora, il miglioramento dell’idratazione, il ripristino dell’elasticità cutanea e il trattamento della pelle secca o danneggiata.
Microalghe in fabbrica
Biodiesel
Come sappiamo, da decenni i combustibili fossili sono la principale fonte per la produzione di carburante. Tuttavia, Il loro uso intensivo ne accelera l’esaurimento e aumenta le emissioni di gas serra; ciò ha incentivato la ricerca e lo sviluppo di biocarburanti più sostenibili, tra cui biodiesel.
Tra le possibili alternative, le microalghe rappresentano una fonte molto promettente per la produzione di biodiesel. Possono infatti accumulare dal 20–50% di lipidi sul peso secco. Dopo la raccolta, questi lipidi vengono trasformati in biodiesel attraverso diverse tecniche. Una specie di particolare interesse, Scenedesmus obliquus si distingue per l’elevata produttività di biomassa e l’ottima resa in acidi grassi.
Bioraffinerie microalgali
Oltre al valore energetico, le microalghe offrono anche un grande potenziale sul piano ambientale. Grazie al loro metabolismo, sono in grado di rimuovere una vasta gamma di inquinanti, inclusi metalli pesanti, contaminanti organici ed eccesso di nutrienti.
Questo duplice vantaggio – energetico e ambientale – apre la strada a strategie innovative, come le bioraffinerie microalgali. Si tratta di sistemi integrati che combinano la produzione energetica e il trattamento ambientale.
La bioraffineria microalgale mostra un grande potenziale in termini di sostenibilità: le risorse di scarto, come acque reflue e residui organici, possono essere usate come input al processo; questo consente contemporaneamente di bonificare le acque e di produrre composti ad alto valore, utili in diversi settori, come l’alimentazione, la produzione di mangimi e la salute umana .
Il risultato è un sistema che integra più processi in un ciclo chiuso e sostenibile.
Un esempio interessante è lo studio di Chang et al., in cui è stata riportata la capacità della microalga Chlorella vulgaris FACHB-31 di produrre lipidi con ottime proprietà di combustione, se coltivata con percolato di discarica.
Considerazioni finali
È importante sottolineare che, sebbene gli studi finora condotti evidenzino l’elevato potenziale applicativo delle microalghe e dei composti bioattivi da esse derivati, il loro impiego su larga scala è ancora ad uno stadio pressoché embrionale, pertanto richiedono ancora ulteriori approfondimenti. Il mercato è ancora limitato e i costi di produzione restano ancora elevati. Inoltre, bisogna ancora definire meglio i dosaggi ottimali e i profili di sicurezza per l’uso umano.
Tuttavia, lo sviluppo delle industrie delle microalghe è un settore in rapida espansione sul mercato. Pertanto, siamo fiduciosi che le future ricerche mireranno ad ottimizzarne la produzione. Questo promuoverà l’uso clinico e biotecnologico in modo sicuro e sostenibile su larga scala.
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Crediti immagini
- Figura 1: https://www.researchgate.net/figure/Selected-Microalgae-Identified-during-the-Survey-aChlorella-vulgaris-b-Chlorella_fig2_316738881
- Figura 2: https://www.researchgate.net/figure/Potential-application-of-microalgae-in-various-fields_fig1_360319146
- Figura 3: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2589014X21001493
- Immagine in evidenza: https://www.agricolturafinanziamenti.com/opportunita-di-business-microfarm-e-microalghe/