Centro de Estudios de Productos Naturales. Facultad de Química. Universidad de La Habana

Caracterización biológica y química del biogel del balneario San Diego de los Baños

Lic. Maritza Pérez Loyola,1 MSc. Genoveva Popowski Casaña,2 Lic. Georgina Pérez Castillo,3 y Lic. Hugo Alonso Romero4

Resumen

Se exponen los resultados obtenidos del análisis biológico y químico del biogel obtenido en las aguas de la piscina El Templado del balneario San Diego de los Baños, Cuba. Leptothrix subtilissima Kütz es la cianobacteria productora de este biogel, con un 87 % de azufre elemental. Para el análisis químico se preparó una muestra sin contenido de azufre, que permitió determinar los componentes inorgánicos que están en menor concentración y generalmente enmascarados por el alto contenido de este elemento en la misma. Se empleó el método de extracción sólido-liquido y se obtuvieron señales características de polisacáridos, magnesio, calcio y proteínas. Se pudo concluir que este biogel tiene potencialidades de uso en biomedicina, cosmética y como fertilizante en la agricultura.

DeCS: AGUAS TERMALES; QUIMICOS ORGANICOS; ALGAS; CIANOBACTERIA.

El interés despertado por las algas no sólo se fundamenta en el uso tradicional que se les ha dado como fuente alimenticia en muchos países asiáticos, sino también en la variedad de propiedades biológicas que se han descubierto y que aún hoy continúan asombrando a los científicos en todas partes del mundo.1 Posiblemente este gran interés se sustente en las ventajas que ofrece la búsqueda de los compuestos responsables de tales propiedades biológicas de las algas, en comparación con otros organismos.

Las algas son fuentes naturales fácilmente renovables y de fácil acceso, unido al hecho de que es posible cultivarlas bajo condiciones controladas. Adicionalmente, son muy poco tóxicas, lo que facilita su uso en la industrias farmacéutica y alimenticia.2

Las fuentes termales, donde prevalecen condiciones extremas del medio como cambios bruscos de temperatura, salinidad, pH, concentración elevadas de determinadas sustancias (azufre, arsénico, hierro, carbonatos, bicarbonatos, magnesio, calcio entre otros) tienen determinadas ventajas, ya que las cianobacterias que habitan en estos medios son cepas resistentes y producen sustancias termotolerantes.

Así estas microalgas y cianobacterias tienen un excepcional poder de penetración a través de la piel y una rápida asimilación en el organismo por los oligoelementos que poseen. Se nutren por ósmosis y retienen los elementos activos del acuatorio en que se encuentran, y los transfieren al medio sin perder ninguna de sus cualidades originales. La acción hidrotermal no tiene sólo funciones curativas, sino que se valoran, cada vez más, sus resultados preventivos y de rehabilitación.

Las fuentes termales de Cuba han sido poco estudiadas en lo que respecta a las microalgas que la habitan y al contenido de sus principios activos por lo que el presente trabajo tiene como objetivos caracterizar y evaluar biológica y químicamente el biogel que se produce en el balneario San Diego de los Baños, y las potencialidades que el mismo ofrece a la salud, la cosmética y la agricultura.

Métodos

Las microalgas fueron colectadas en la piscina El Templado del balneario San Diego de los Baños, ubicado en la provincia de Pinar del Río, Cuba, en septiembre del 2001.

Las muestras de las microalgas fueron observadas vivas y procesadas siguiendo la metodología de Popowski y Borrero.3

El biogel, fue secado a temperatura ambiente durante 48 h y pulverizada posteriormente para los análisis químico. Mediante el método de extracción sólido-líquido,4 se preparó una muestra sin contenido de azufre, que permitió determinar los componentes inorgánicos que están en menor concentración y generalmente enmascarados por el alto contenido de este elemento.

Los espectros infrarrojos con Transformada de Fourier fueron obtenidos en un Espectrómetro FTIR modelo MIDAC de la serie M-2000 con detector DTGS y solfware Grams /32. Resolución de ± 4 cm-1 en el rango de 4000-500 cm-1. Las muestras se prepararon en pastillas de KBr (relación muestra: KBr 1:300), morteradas y homogenizadas cuidadosamente. La mezcla finamente triturada se prensó a 10 T durante 5 min hasta obtener un disco transparente.

El análisis espectral de emisión se realizó en un espectrógrafo PGS-2 Carl Zeiss. Las muestras se mezclaron 1:1 con polvo de grafito en un mortero de ágata, y 40 mg de la misma muestra se colocaron en electrodos de grafitos. El material se excitó en un arco de corriente directa a una intensidad de 10 A hasta su total combustión. Los espectros se registraron en placas fotográficas. La identificación de los elementos se realizó por comparación de las líneas más sensibles de cada elemento.

Mediante la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X en un equipo Philiips XPERT se determinó el porcentaje de azufre en la muestra. La muestra y el patrón de azufre fueron preparados en forma de tabletas y se utilizó ácido bórico como agente aglutinante.

Resultados

Las aguas del balneario San Diego están clasificadas como sulfatadas cálcicas sulfhídricas, con una mineralización entre 2000-3000 mg/L y una temperatura entre 30 y 34 ºC de acuerdo con lo informado por Fagundo y colaboradores en las memorias del VII taller de la cátedra de Medio Ambiente del ISCTN, La Habana, en el año 2000.

El biogel de hilachas compactas blancas está constituido por un 94,4 % de cianobacterias y un 5,57 % de diatomeas (Navicula sp) (Fig.1).

Fig. 1. Biogel obtenido en la piscina El Templado del balneario San Diego de los Baños.

La especie dominante es Leptothrix subtilissima con una abundancia de 13 x 106 cel/l, su tricoma es filamentoso, muy fino con división celular casi imperceptible, la terminación apical es truncada. Su color es verde amarillo (Fig. 2).

Fig. 2. Imagen a microscopía óptica de la cianobacteria Leptothrix subtilissima.

La muestra en polvo de la cianobacteria se caracteriza por un alto contenido de azufre elemental (87 %). Por otro lado, la muestra sin azufre mostró en el espectro infrarrojo las señales típicas del anión sulfato y se infirió a partir del resultado del análisis de emisión que se trata de la sal sulfato de calcio, resultados lógicos dado el medio en que vive esta cianobacteria (tabla).

Tabla. Resultados del análisis instrumental

Descripción de muestras	Espectroscopia infrarroja	Análisis espectral de emisión	Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X
Muestra en polvo	Señales de características polisacáridos	Ca	87 % de S
Muestra sin azufre	Espectro del anión SO42-	Ca (3), Al (2), Mg (2)	-

En el espectro fotoelectrónico de rayos X se observó la coincidencia entre la muestra y el patrón de azufre y en el espectro infrarrojo se apreciaron un grupo de señales anchas y solapadas en la región de 1000-1100 cm-1 atribuibles a las absorciones de deformación de tensión de los grupos alcoholes (C-OH) y de éteres cíclicos (C-O-C, de 6 o más anillos) presentes en los compuestos polisacáridos que forman parte de las paredes celulares de la cianobacteria estudiada (Fig. 3).

Fig. 3. Espectro fotoelectrónico de rayos X. A patrón de azufre y B muestra.

El espectro infrarrojo también presentó una débil señal de grupo carbonílico en 1735 cm-1 y un conjunto de bandas de intensidad media en la región de 1600-1500 cm-1 que puede deberse a la presencia de proteínas en la microalga (Fig. 4).

Fig. 4. Espectro infrarrojo de la muestra.

En la muestra sin azufre el espectro infrarrojo mostró las señales típicas del anión sulfato y en el análisis espectral de emisión se determinaron como elementos presentes en mayor concentración, el calcio, magnesio y aluminio. Estos resultados permitieron inferir que el componente fundamental de esta muestra es una sal de sulfato de calcio (Fig. 5).

Fig. 5. Espectro infrarrojo de la muestra sin azufre.

Discusión

Estos elementos encontrados en la cianobacteria Leptothrix subtilissima permitieron precisar el valor terapéutico y cosmetológico que le aportan a estas aguas y peloides de San Diego de los Baños, su contenido de azufre es un reparador de lesiones de la piel y al ser absorbido a través de ella tiene una acción estimuladora de los linfocitos, de la regeneración celular y de los linfoblastos por lo que estimula los mecanismos de defensa del organismo.

El azufre tiene preferencias sobre las articulaciones y es muy efectivo en los procesos osteomioarticulares; además se ha comprobado que puede estimular enzimas que inhiben el crecimiento bacteriano. Las plantas requieren para su crecimiento de 16 elementos esenciales y el azufre es uno de ellos que se utiliza en cantidades medias entre un macro y un micronutriente. En la actualidad es muy utilizado y se considera de suma importancia en el crecimiento y rendimiento de los cultivos porque es parte constituyente de tres aminoácidos esenciales (cistina, cisteína y metionina) los cuales intervienen en la formación de varias proteínas. Este elemento participa también en la formación de clorofila, de aceites y en la síntesis de vitaminas.5

Se ha demostrado la actividad contra el virus del herpes simplex y contra el virus de inmunodeficiencia humana de un polisacárido sulfatado natural en Spirulina platensis denominado spirulan de calcio.6,7 Estudios recientes sobre la inhibición de los mecanismos de coagulación por los polisacáridos sulfatados, donde se inhibe la acción de la trombina, inhibición que es directamente proporcional al peso molecular y al contenido de sulfatos del polisacárido. La presencia de polisacáridos sulfatados cálcicos en la microalga que aquí se investigó, muestra otra potencialidad a explotar en este recurso termal.8

El magnesio interviene en la mayoría de las funciones fisiológicas, se encuentra en las células óseas y tiene una acción beneficiosa sobre numerosas enfermedades infecciosas de origen microbiana y viral, es un regenerador tisular, desempeña un papel antiinflamatorio, antialérgico y antistress pero además actúa favorablemente en los trastornos circulatorios y cardiacos ocasionados por la disminución de depósitos cálcicos en arteriosclerosis. Como la tasa de magnesio disminuye con la edad, un suplemento natural puede retardar el envejecimiento celular. Interviene, también, en la transmisión neuromuscular, contracción muscular y como cofactor de enzimas en la síntesis de proteínas y ácidos grasos.

El calcio por su parte, representa el 2 % en el organismo y es indispensable en la osificación, sin él los huesos pueden ser frágiles. Mientras que el silicato de aluminio tiene poder cicatrizante y a él se le atribuyen el no dejar apenas señales en las cicatrices.

Las proteínas de las algas son fácilmente asimilables y garantizan una mayor nutrición favoreciendo la renovación y la reparación celular activando el metabolismo de las células.

Finalmente se puede concluir que el biogel de San Diego de los Baños está constituído por un 94,4 % de cianobacterias. Leptothrix subtilissima es la especie dominante. Esta cianobacteria se caracteriza químicamente por un alto contenido de azufre elemental (87 %), con señales características de polisacáridos. Se comprobó la presencia del sulfato de calcio como componente mayoritario en la muestra tratada para la eliminación del azufre, además de magnesio y aluminio. De acuerdo con las propiedades químicas encontradas en este biogel, tiene potencialidades de uso en la biomedicina, cosmética y como fertilizante en la agricultura.

Summary

The results of the biological and chemical analysis of the biogel obtained in the waters of El Templado swimming-pool of the of San Diego de los Baños spa, Cuba, are shown. Leptothrix subtilissima Kütz is the cyanobacterium producing this biogel with an 87 % of elementary sulphur. A sample without sulphur was prepared for the chemical analysis, allowing to determine the inorganic components that appear in a lower concentration and generally masked due to the high content of this element. It was used the method of solid-liquid extraction and signals characteristics of polysaccharides, magnesium, calcium and proteins were attained. It was concluded that this biogel has potentialities for being used in biomedicine, cosmetics and as a fertilizer in agriculture.

Subject headings: THERMAL WATER; ORGANIC CHEMICALS; ALGAE; CYANOBACTERIA.

Referencias bibliográficas

1. Jimenez-Escrig A, Goni Cambrodon I. Nutritional evaluation and physiological effects of edible seaweeds. Arch Latinoam Nutr 1999;49:114-20.
   
2. Grabley S, Thiericke R. The impact of natural products on drug discovery. En: Drug discovery from nature. Eds. Grabley S. y Thiericke R. New York, USA: Springer; 1999. p. 1-7.
   
3. Popowski G, Borrero N. Utilización de fijadores en flagelados y su aporte a la concentración del fitoplacton en el Golfo de Batabanó. Reporte e Investig 1989;11:1-8.
   
4. Birg EW. Physical and chemical methods of separation. New York: McGraw-Hill Book Company; 1963, 60-62.
5. Melgar R. Azufre disponible. La herramienta adecuada. Fertilizar 1999;(17):1-10.
   
6. Hayashi K, Hayashi T, Kojima I. A natural sulfated polysaccharide, calcium spirulan, isolated from Spirulina platensis: In vitro and in vivo evaluation of anti-herpes simplex virus and anti-human immunodeficiency virus activities. AIDS-Res-Hum Retroviruses 1996;(12,15):1463-71.
   
7. Hayashi T, Hayashi K. Calcium spirulan an inhibitor of enveloped virus replication, from a blue-green alga Spirulina platensis. J Nat Product 1996;59(1):83-7.
   
8. Freile Y. Algas en la "botica". Avance Perspectiva 2001;20:283-92.

Recibido: 1 de abril de 2003. Aprobado: 2 de junio de 2003.
Lic. Maritza Pérez Loyola. Calle 5ta. No. 655 e/ 6 y 8, apto. 12. Vedado, La Habana, Cuba.

 

1 Licenciada en Bioquímica. Investigadora Agregada.
2 Máster en Biología Marina. Investigadora Auxiliar.
3 Licenciada en Química. Investigadora Auxiliar.
4 Licenciado en Química.