Innovazione

Microalghe superfood, Chlamydomonas reinhardtii

Microalghe superfood, Chlamydomonas reinhardtii

Le microalghe rappresentano la fonte più promettente, sostenibile e rinnovabile di nutrizione a base vegetale per la popolazione del pianeta. La breve rassegna scientifica a seguire mostra le eccezionali caratteristiche della Chlamydomonas reinhardtii, un super – superfood.

Chlamydomonas reinhardtii, l’alga modello

Nel XIX secolo (Ehrenberg,1833; Dangeard, 1888) sono stati avviati gli studi su Chlamydomonas reinhardtii. Un’alga unicellulare, utilizzata come modello in numerosi studi sperimentali su genetica e patologie umane, biologia vegetale e e fotosintesi, microbiologia e biotecnologie. (1)

Nel 2018 i massimi esperti di algacoltura – alla seconda edizione di AlgaEurope, il più grande summit europeo dedicato al settore – hanno identificato C. reinhardtii come una delle specie più promettenti da utilizzare nella produzione di cibi e mangimi. Sia pure nella consapevolezza di dover affrontare l’onere di sua autorizzazione come novel food. (2,15)

Nutrienti e micronutrienti

Il confronto di C. reinhardtii con le due microalghe più celebri – Chlorella vulgaris e Artrhospira (Spirulina) platensis – rivela le sue grandi potenzialità:

– proteine in quantità elevata e carboidrati, come spirulina e clorella,
– lipidi. Omega 3 in linea con le altre, ma in maggior quota rispetto agli Omega 6. Tenore più elevato di acido α-linolenico,
– minerali. Presenza di selenio, invece assente nelle altre due specie, essenziale per l’azione antiossidante,

– pigmenti. Maggiore concentrazione di clorofille e carotenoidi totali, a loro volta efficaci antiossidanti

– metalli pesanti. Minore tendenza all’accumulo di metalli pesanti, che possono costituire un rischio per la salute in ipotesi di coltivazione in acque aperte (non anche in fotoreattori).

Chlamydomonas reinhardtii, microbiota ed eubiosi intestinale

A seguito del riconoscimento come GRAS (Generally Regarded As Safe) da parte della FDA (Food & Drug Administration, USA), Chlamydomonas reinhardtii è stata testata in vivo in uno studio clinico su esseri umani, onde valutare i suoi effetti sulla salute gastrointestinale e sul microbiota.

La microalga ha dimostrato la capacità di favorire l’eubiosi del microbiota, riducendone gli squilibri e migliorando le condizioni generali di salute dell’intestino. Anche in condizioni di stress da colite indotta. (4)

fog.1

fig.2

Fig. 1 e Fig. 2. Tabella delle principali specie di microalghe, relative concentrazioni dei macronutrienti e codici di riconoscimento GRAS della FDA. (Fields et al., 2020). Confronto tra la concentrazione dei principali acidi grassi tra Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella e Spirulina (Darwish et al. 2020)

fig.3

Fig. 3. Polvere di Chlamydomonas reinhardtii e analisi sensoriale (Fields et al., 2020)

Sicurezza, biodisponibilità dei carotenoidi

La sicurezza di Chlamydomonas reinhardtii (ceppo THN 6) per il consumo umano è stata verificata in vitro ma anche in vivo, mediante somministrazione a esseri umani di un suo preparato in polvere. Sono state così escluse mutagenicità, citotossicità e altri potenziali effetti avversi. (5) Le prove condotte su galline ovaiole, mediante aggiunta della microalga alla razione, ne hanno rivelato ulteriori effetti benefici in termini di aumento della concentrazione di luteina e zeaxantina nelle uova, senza ripercussioni sulla salute degli animali. (6)

La bioaccessibilità di questi carotenoidi è molto più alta, a raffronto con Chlorella vulgaris, senza richiedere trattamenti fisici preliminari (invece necessari per Chlorella). (7) Luteina e zeaxantina sono definiti ‘pigmenti retinici’, poiché vengono accumulati nella retina dell’occhio e aiutano a proteggerlo dagli effetti dannosi della luce blu (es. computer, tv, smartphone). (8)

fig.4

Fig. 4. Proprietà della luteina contenuta in Chlamydomonas reinhardtii (Saha et al., 2020)

Aiuto contro l’antibiotico-resistenza

L’antibiotico-resistenza è stata descritta da WHO, nel 2019, come la più grave minaccia per la salute della popolazione mondiale. Le alghe, tra cui Chlamydomonas reinhardtii, hanno mostrato la capacità di produrre numerosi metaboliti (es. polifenoli, peptidi, acidi grassi, steroli, etc.). I quali possono addirittura sostituire gli antibiotici (es. Algatan), grazie alla loro attività di contrasto a numerosi microrganismi patogeni. (9)

I polisaccaridi solforati sono i metaboliti più promettenti, grazie alla loro capacità di inibire la formazione e favorire l’eliminazione dei biofilm batterici. Questi ultimi consentono ai batteri di resistere all’azione degli antibiotici e aumentare la loro virulenza in vari alimenti (es. acque, formaggi, pollame, carne), nonché negli ambienti ospedalieri. (10)

fig.5

Fig. 5. Metaboliti algali ad azione antibatterica con diversi siti di azione (Bhomwick et al., 2020)

Applicazioni spaziali e medicali

La coltivazione della microalga è stata sperimentata nella Stazione Spaziale Internazionale (International Space Station, ISS), già attrezzata per Chlorella vulgaris. L’olio da essa prodotto potrebbe aiutare a mitigare gli effetti di microgravità e radiazioni cosmiche, oltre ad apportare notevoli quantità di nutrienti. La sua potenzialità è legata anche alla sua assenza di tossicità, sebbene essa non sia ancora ufficialmente riconosciuta. (11)

La produzione di proteine ricombinanti a uso terapeutico è un altra prerogativa di C. reinhardtii, la quale può venire utilizzata per ottenere anticorpi, vaccini, enzimi e altri farmaci (es. insulina per il diabete. (12) La microalga ha infatti mostrato di rispondere ai requisiti essenziali a tali fini in termini di resa, produttività, versatilità e sicurezza. (13)

Microalghe e Covid-19

Alcune alghe e microalghe, come si è visto, sono in grado di produrre numerosi composti bioattivi con varie azioni tra cui quelle antifungina, antibatterica e antivirale. I gruppi solforati in esse presenti sembrano essere l’agente responsabile di azioni antivirali specifiche, capaci anche di inibire il nuovo coronavirus SARS-CoV-2.

La maggiore integrazione di selenio, in particolare, sembra poter aiutare l’attenuazione dei virus a RNA, grazie alla capacità di migliorare l’immunocompetenza e ridurre la frequenza della loro mutazione. Poiché Covid-19 appartiene alla categoria dei virus a RNA, un intake adeguato di selenio potrebbe risultare utile a mitigarne gli effetti patologici e ridurre le sue mutazioni. (14)

Ostacoli normativi in UE

Le applicazioni di Chlamydomonas reinhardtii per uso alimentare sono state studiate solo negli ultimi anni. Le ricerche finora condotte sono peraltro concordi sia nell’escludere ogni ipotesi di eventuale tossicità, sia nel valutare favorevolmente le proprietà nutritive e i benefici per la salute associati agli apporti di questa microalga verde.

Gli ostacoli normativi al suo impiego nella produzione di cibi e integratori alimentari da immettersi in UE sono però di non poco conto. Sebbene la microalga sia già riconosciuta in USA come sicura per il consumo umano e il suo utilizzo possa contribuire a raggiungere almeno tre dei Sustainable Development Goals (SDGs), la sua autorizzazione in UE postula tuttavia la presentazione a Bruxelles di un oneroso dossier (15, 16).

Dario Dongo e Andrea Adelmo Della Penna

 Note

(1) Sasso et al. (2018). From molecular manipulation of domesticated Chlamydomonas reinhardtii to survival in nature. eLife 7:e39233, https://doi.org/10.7554/eLife.39233

(2) Eakpetch et al. (2018) Microalgae (Chalmydomonas reinhardtii) as novel food and feed ingredient: an impact of media manipulation strategy on biomass nutritional profiles. Conference AlgaEurope 2018
(3) Darwish et al. (2020) Chlamydomonas reinhardtii is a potential food supplement with the capacity to outperform Chlorella and Spirulina. Applied Sciences 10:6736, doi:10.3390/app10196736
(4) Fields et al. (2020) Effects of the microalgae Chlamydomonas on gastrointestinal health. Journal of Functional Foods 65:103738, https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.103738

(5) Murbach et al. (2018) A toxicological evaluation of Chlamydomonas reinhardtii, a green algae. International Journal of Toxicology 37(1):53-62, doi:10.1177/1091581817746109
(6) Baek et al. (2018) Photoautotrophic production of macular pigment in a Chlamydomonas reinhardtii strain generated by using DNA-free CRISPR-Ca9 RNP-mediated mutagenesis. Biotechnology and Bioengineering 115(3):719-728, https://doi.org/10.1002/bit.26499

(7) Gille et al. (2016) Bioaccessibility of carotenoids from Chlorella vulgaris and Chlamydomonas reinhardtii. International Journal of Food Sciences and Nutrition 67(5):507-513, https://doi.org/10.1080/09637486.2016.1181158

(8) Saha et al. (2020) Marine microalgae for potential lutein production. Applied Sciences 10:6457, doi:10.3390/app10186457
(9) Bhowmick et al. (2020) Algal metabolites: An inevitable substitute for antibiotics. Biotechnology Advances 43:107571, https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107571

(10) Vishwakarma et al. (2019) Evaluating the antibacterial and antibiofilm potential of sulphated polysaccharides extracted from green algae Chlamydomonas reinhardtii. Journal of Applied Microbiology 127:1004-1017, doi:10.1111/jam.14364
(11) Zhang et al. (2020) Competitive growth assay of mutagenized Chlamydomonas reinhardtii compatible with the International Space Station veggie plant growth chamber. Frontiers in Plant Science 11:631, doi:10.3389/fpls.2020.00631
(12) Levasseur et al. (2020) A review of high value-added molecules production by microalgae in light of the classification. Biotechnology Advances 41:107545, https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107545

(13) Rasala et a. (2010) The microalga Chlamydomonas reinhardtii as a platform for the production of human protein therapeutics. Bioengineered Bugs 2(1):50-54, doi:10.4161/bbug.2.1.13423
(14) Calder (2020) Nutrition, immunity and COVID-19. BMJ Nutrition, Prevention & Health 3(1):74-92, doi:10.1136/bmjnph-2020-000085
(15) #SDG2, End Hunger. #SDG3, Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages. #SDg12, Sustainable Consumption and production

(16) Su istanza dell’Irlanda, la Commissione europea ha valutato come insufficienti le prove di consumo in UE di Chlamydomonas reinhardtii prima del 15.5.97. Deducendo l’applicazione del regolamento Novel Food (reg. UE 2015/2283). V. https://ec.europa.eu/food/safety/novel_food/catalogue/search/public/?event=home&seqfce=990&ascii=C

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