Investigadores del CIAIMBITAL emplean las últimas herramientas de metabolómica en el ámbito agroalimentario almeriense

El Centro de Investigación en Agrosistemas Intensivos Mediterráneos y Biotecnología Agroalimentaria de la Universidad de Almería (CIAIMBITAL), es un innovador centro compuesto por 275 investigadores de reconocido prestigio, integrados en 35 grupos de investigación. Desarrolla su actividad de I+D+i dentro del sector agroalimentario y hortofrutícola, aglutinando a investigadores de perfil interdisciplinar para abordar temas transversales de especial interés en agricultura. Por ejemplo, el grupo de investigación FQM-376 (“Advanced NMR Methods and Metal-based Catalysts”, www2.ual.es/NMRMBC/), liderado por el profesor Ignacio Fernández de las Nieves, destaca por sus recientes investigaciones basadas en la aplicación de la resonancia magnética nuclear (RMN) al contexto agroalimentario.

Concretamente, desarrollan estudios de metabolómica, en el que los perfiles de compuestos o metabolitos presentes en las diferentes matrices orgánicas vegetales les permiten profundizar y contestar a las demandas de un gran número de empresas vinculadas al pujante sector agroalimentario de Almería. Está técnica está siendo utilizada con éxito en CIAIMBITAL, por ejemplo, para mejorar el sabor de frutas y hortalizas, y en diversos estudios relacionados con la agricultura ecológica.

La metabolómica por si misma identifica, cataloga y cuantifica a las moléculas pequeñas, productos del metabolismo primario o secundario, que se encuentran en los sistemas biológicos y estudia los cambios en los perfiles metabólicos dentro de un organismo como respuesta a alguna situación; tal como estreses bióticos (enfermedades) o abióticos (sequía, salinidad), aplicación de tratamientos e incluso entre diferentes especies o variedades.

Los campos de aplicación de esta técnica son diversos y van desde la agricultura hasta la industria farmacéutica, pasando por aplicaciones medioambientales y de la industria de alimentos. Así, permite diferenciar las muestras analizadas en función del perfil metabólico, tal y como se puede observar en la Figura 1, en donde son determinados metabolitos presentes en las muestras, los que provocan su diferenciación y agrupación en clases.

La reciente resolución favorable un de proyecto de investigación financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad, junto con la firma de varios contratos de investigación con empresas de ámbito nacional, han consolidado al profesor Fernández y al grupo que dirige como una referencia en este tipo de estudios de gran aplicación práctica para el sector agroalimentario de Almería. Tal y como comenta el propio investigador: “si uno quiere hacer algo con impacto en Almería, ha de virar sus líneas de investigación al ámbito agroalimentario, ya que la UAL se está especializando cada vez más en este tema y es el que a la postre interesa a las empresas que aquí se ubican”.

La reciente adquisición de un espectrómetro de RMN de última generación por parte de la Universidad de Almería, ha expandido el abanico de posibilidades que la metabolómica puede aportar al ámbito agroalimentario. Este hecho ha provocado el inicio de nuevas líneas de investigación y, lo que es más importante, ha comenzado a dar respuesta a gran número de demandas tecnológicas procedentes de empresas del tejido empresarial almeriense muy vinculadas a la agricultura.

La RMN es una técnica altamente robusta y versátil, que permite la medida de un gran número de metabolitos de forma fiable y repetitiva, partiendo de un proceso de acondicionamiento de muestra muy sencillo y con un nivel de automatización muy alto.

Respetando la confidencialidad firmada con las diferentes empresas con las que colabora CIAIMBITAL, el profesor Fernández nos cuenta muy brevemente las líneas de investigación en las que actualmente trabaja. Por una parte, se encuentra estudiando perfiles metabólicos en distintas variedades de tomate, tanto procedentes de cultivo ecológico como convencional. De hecho, explica como “la aplicación de la RMN le ha permitido trabajar con un número elevado de empresas vinculadas a este sector tan productivo”. De hecho, prosigue “la RMN permite conocer en un solo análisis un listado enorme de moléculas, de metabolitos, que

por ejemplo nos dan acceso a explicar el conjunto de azúcares que dan origen a los famosos grados Brix ”, lo que en palabras del investigador “atrae mucho a las empresas del sector por su inmediata aplicación práctica”.

De hecho, el proyecto en el que actualmente trabaja radica en conocer el conjunto de compuestos orgánicos que resultan de influir en la intensidad lumínica en una plantación de cultivo ecológico. Existen estudios precedentes en donde este sombreo selectivo de la plantación provoca variaciones importantes en determinados metabolitos primarios, pero también en metabolitos secundarios directamente relacionados con el sabor. De este modo, el contenido en azúcares y otros metabolitos de interés organoléptico en el fruto de tomate viene influenciado por el número de plastidios y la actividad fotosintética en el fruto inmaduro, que posteriormente durante la maduración sufren el proceso catabólico del almidón y los azúcares. Dicho contenido en plastidios y clorofilas está influenciado por las condiciones ambientales del cultivo y especialmente por los procesos de señalización de la intensidad lumínica. Así, el incremento de la fotoprotección del fruto mediante un aumento de las clorofilas se ha propuesto como una estrategia útil para mejorar la fotosíntesis y la calidad organoléptica y nutricional del fruto. Los perfiles metabólicos obtenidos, serán además correlacionados con las medidas estandarizadas y habitualmente registradas en el cultivo de tomate, como los grados Brix, textura y color.

Otra de las líneas de investigación de las que nos habla especialmente entusiasmado este investigador, consiste en el uso de esta potente herramienta espectroscópica para el estudio de la biomasa procedente de los residuos vegetales del cultivo intensivo bajo plástico. La adquisición de los correspondientes espectros de RMN le ha llevado a conocer la composición de biomasas tan diversas como las de judía, pepino, sandía, melón, tomate, berenjena, calabacín, etc., y a desarrollar modelos predictivos de capacidad calorífica. Este ámbito de estudio es de enorme relevancia y repercusión, ya que ha de tenerse en cuenta que en la provincia de Almería se producen aproximadamente un millón de toneladas anuales (peso fresco) de residuos vegetales de este tipo para una superficie en torno a 30.000 hectáreas invernadas. Estos residuos constituyen un problema medioambiental, cuya gestión genera elevados costes y por ello es necesario evaluar sus posibles empleos, entre los que se contemplan la producción energética y generación de biocombustibles.

Finalmente, el profesor Fernández resalta como las últimas prestaciones de servicio desarrolladas por y para empresas de Almería, han llevado al grupo de investigación que lidera a aplicar la RMN en el control de procesos industriales. Así, está estableciendo la RMN como una herramienta sencilla, rápida y fiable para monitorizar, por ejemplo, el estado, grado de pureza, o degradación de sus materias primas, además de llevar a cabo la verificación del producto final.

Es por tanto claro que el futuro de la I+D+i pasa por aportar un factor diferenciador y de valor añadido que en la actualidad lo representan técnicas como la RMN, que de forma ortogonal y complementaria mejoran la competitividad del sector agroalimentario y biotecnológico en el que CIAIMBITAL centra sus esfuerzos.