Haematococcus pluvialis produce il carotenoide astaxantina
Vi siete mai chiesti da dove deriva il colore rosa acceso di alcuni animali, come i salmoni, le aragoste e i fenicotteri? Sarete certamente stupiti nello scoprire che è una conseguenza delle loro abitudini alimentari. Alla base di tutto c’è Haematococcus pluvialis (Figura 1), una microalga componente dello zooplancton che produce il carotenoide astaxantina.
H. pluvialis è nota appunto per essere il maggior produttore naturale di questo carotenoide, che dona il colore rosa vivace ai tessuti dei pesci e dei crostacei che se ne nutrono (e ai fenicotteri che, in cima alla catena alimentare si nutrono a loro volta dei crostacei!).
Pur esulando dallo scopo divulgativo dell’articolo, è bene distinguere il rosa/arancio vivo dei pesci selvaggi che si alimentano in natura di zooplancton, dal rosa meno intenso ottenuto mediante somministrazione di astaxantina come additivo alimentare negli allevamenti ittici.
Il ciclo biologico di H. pluvialis
H. pluvialis è una microalga verde unicellulare appartenente alla classe delle Chlorophyceae. Vive comunemente nelle acque dolci di laghi, fiumi e pozze ed è caratterizzata da un ciclo vitale complesso, ma allo stesso tempo affascinante. In figura 2 sono riportate le quattro tipologie di morfologie cellulari in cui può trovarsi H. pluvialis: macrozoide, microzoide, palmella ed ematocisti (o aplanospora).
Quando le condizioni di crescita sono favorevoli, H. pluvialis si trova prevalentemente nello stato vegetativo in forma di macrozoidi (cellule sferoidali, verdi e biflagellate), che sono caratterizzate da elevata motilità. In questo stato, le macrozoidi possono dividersi per mitosi fino a generare 32 cellule figlie (microzoidi) all’interno della parete cellulare della cellula madre (Figura 3).
Vari stress inducono la sintesi del carotenoide astaxantina
Quando, invece, sopraggiungono delle condizioni di stress come l’eccessiva intensità di luce, eccessiva salinità, carenza di nutrienti o tutto ciò che può comportare uno stress ossidativo, le macrozoidi iniziano a perdere i flagelli, smettono di dividersi e vanno incontro al cosiddetto processo di “incistamento”.
La loro parete cellulare inizia ad ispessirsi (stadio di palmella), fino alla formazione di un rivestimento ultra-resistente composto da una guaina trilaminare ed una parete secondaria resistente all’acetolisi che permette loro di sopravvivere a condizioni chimico-fisiche estreme.
A questo punto, la palmella entra nello stadio di ematocisti (o aplanospora) ed inizia a sintetizzare e accumulare all’interno di corpi lipidici elevate quantità di carotenoidi per proteggersi dai danni delle irradiazioni e dallo stress ossidativo. I carotenoidi sono infatti in gradi di neutralizzare i radicali liberi e i ROS, grazie alla loro struttura molecolare caratterizzata da lunghe catene terpeniche con doppi legami coniugati.
L’astaxantina: il carotenoide rosso antiossidante
Tra tutti, l’astaxantina (Figura 4) è il carotenoide prodotto in maggior quantità (fino al 99% dei carotenoidi totali in alcune condizioni) da H. pluvialis, che è in grado di accumulare fino al 6% del suo peso secco in astaxantina, acquisendo uno scintillante colore rosso accesso (Figura 5). Questa capacità rende H. pluvialis unica nel suo genere e di elevatissimo interesse industriale per la produzione di questa molecola che ha moltissime applicazioni nel settore alimentare, nutraceutico, farmaceutico e cosmetico.
Astaxantina: proprietà, usi ed applicazioni
L’astaxantina è, infatti, un potente antiossidante (ha una attività di scavenger dei radicali liberi dell’ossigeno 6000 volte superiore alla vitamina C), ha proprietà foto-protettive ed anti-infiammatorie: è in grado di prevenire e limitare la perossidazione lipidica proteggendo le membrane cellulari, mentre alcuni studi le attribuiscono proprietà lenitive delle ulcere gastriche, e attività protettiva nei confronti di patologie cardiovascolari e neurodegenerative.
Viene principalmente utilizzato come integratore alimentare e nella produzione di mangimi negli allevamenti ittici per ottenere la desiderata pigmentazione rossa di pesci e crostacei. Numerosi sono anche gli studi in corso per lo sviluppo di farmaci a base di astaxantina per le patologie sopraelencate e per la protezione della pelle dai danni dei raggi UV.
La produzione industriale di astaxantina
Insomma, una super molecola del tutto naturale che sta riscuotendo un grande interesse sul mercato e la cui produzione si basa del tutto sulla coltivazione di questa preziosa microalga H. pluvialis in fotobioreattori (Figura 7). All’interno di essi, le cellule allo stato vegetativo vengono inizialmente coltivate in condizioni ottimali per favorirne la crescita. Al raggiungimento della massima densità cellulare vengono applicati stressor ambientali combinati, come privazione di nutrienti ed elevata irradiazione luminosa per indurre l’accumulo di astaxantina che raggiunge il picco massimo nel giro di 3-5 giorni. A questo punto la biomassa viene raccolta e processata per estrarre l’astaxantina mediante l’utilizzo di solventi organici.
Curiosità: l’origine del nome Haematococcus pluvialis
Una curiosità legata all’origine del nome Haematococcus pluvialis (dal latino “sferetta di sangue delle piogge”) è dovuta al comune ritrovamento di colonie di questa microalga in pozze di acqua piovana o in semplici pozzanghere. Quando in esse l’acqua inizia ad evaporare, la concentrazione salina aumenta e induce la sintesi di astaxantina permettendo ad H. pluvialis di diventare visibile anche ad occhio nudo.
Sono noti, inoltre, alcuni casi eclatanti di vere e proprie “piogge rosse” come quelle verificatesi nella provincia spagnola di Zamora nell’autunno 2014, quando l’acqua di molte fontane e abbeveratoi per animali divenne rossa (Figura 8). In quel caso, colonie di H. pluvialis erano state imprigionate e trasportate dai venti e riversate nella regione a causa di abbondanti piogge, spaventando la popolazione.
Leggendo quest’articolo, avrete invece certamente capito che più che spaventarsi, c’è da restare affascinati davanti alle strategie di sopravvivenza della natura e dei suoi attori. H. pluvialis è l’ennesimo esempio di quanto siano vaste e preziose le potenzialità del micromondo, di quanto possano avere effetti sul mondo “visibile” e di quanto la natura sia maestra nel generare una soluzione elegante e funzionale ad ogni problema.
Referenze
- Kamath B. S., Srikanta B. M., Dharmesh S. M., Sarada R., Ravishankar G. A. (2008). Ulcer preventive and antioxidative properties of astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Eur. J. Pharmacol. 590, 387–395.
- Fakhri, S., Aneva, I. Y., Farzaei, M. H., & Sobarzo-Sánchez, E. (2019). The Neuroprotective Effects of Astaxanthin: Therapeutic Targets and Clinical Perspective. Molecules (Basel, Switzerland), 24(14), 2640.
- Fassett R. G., Combes J. S. (2011). Astaxanthin: a potential therapeutic agent in cardiovascular disease. Mar. Drugs 9, 447–465.