Advances in microalgal biotechnology in Costa Rica: contributions from the Costa Rica Institute of Technology
Main Article Content
Abstract
Microalgal biotechnology in Costa Rica is a constantly growing field of research. The Microalgae
research group of the Biotechnology Research Center (CIB) at Costa Rica Institute of Technolgy
(ITCR) carries out research with microalgae in different areas, including environmental and
agricultural applications, and food and biofuel development.In these fields, microalgae have
been used to develop solutions to various national needs. This review addresses the main
applications of microalgae in four key areas: environment, food, agriculture and bioenergy, at
the national level, highlighting the contribution of this research group in the country. In addition,
the challenges and opportunities that microalgal biotechnology must face for its effective
integration in society and its potential to contribute to the environmental, social and economic
development of Costa Rica are discussed.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Los autores conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación y pueda editarlo, reproducirlo, distribuirlo, exhibirlo y comunicarlo en el país y en el extranjero mediante medios impresos y electrónicos. Asimismo, asumen el compromiso sobre cualquier litigio o reclamación relacionada con derechos de propiedad intelectual, exonerando de responsabilidad a la Editorial Tecnológica de Costa Rica. Además, se establece que los autores pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
References
E. S. J. Thoré, K. Muylaert, M. G. Bertram, y T. Brodin, «Microalgae», Current Biology, vol. 33, n.o
, pp. R91-
R95, 2023, doi: 10.1016/j.cub.2022.12.032.
L. E. Rioux et al., «Commercial and industrial applications of micro algae – A review», J Appl Phycol, vol. 5,
n.o
, pp. 52-63, 2014, doi: 10.1021/jf901070g.
N. Renuka, A. Guldhe, R. Prasanna, P. Singh, y F. Bux, «Microalgae as multi-functional options in modern
agriculture: current trends, prospects and challenges», Biotechnol Adv, vol. 36, n.o
, pp. 1255-1273, 2018,
doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.04.004.
B. A. Abdulmajeed y A. R. Ibrahim, «Potential of Microalgae Cultivation in Dairy Wastewater as a Step in LowCost Biofuel Production», Journal of Engineering, vol. 24, n.o
, p. 58, 2018, doi: 10.31026/j.eng.2018.04.04.
Y. Su, K. Song, P. Zhang, Y. Su, J. Cheng, y X. Chen, «Progress of microalgae biofuel’s commercialization»,
Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 74, pp. 402-411, jul. 2017, doi: 10.1016/J.RSER.2016.12.078.
P. Loke Show, «Global market and economic analysis of microalgae technology: Status and perspectives»,
Bioresour Technol, vol. 357, p. 127329, ago. 2022, doi: 10.1016/J.BIORTECH.2022.127329.
M. Hasnain et al., «Utilization of microalgal-bacterial energy nexus improves CO2 sequestration and remediation of wastewater pollutants for beneficial environmental services», Ecotoxicol Environ Saf, vol. 267, n.o
October, p. 115646, 2023, doi: 10.1016/j.ecoenv.2023.115646.
Y. Yang, S. Tang, y J. P. Chen, «Carbon capture and utilization by algae with high concentration CO2 or
bicarbonate as carbon source», Science of the Total Environment, vol. 918, n.o
January, p. 170325, 2024, doi:
1016/j.scitotenv.2024.170325.
L. N. Nguyen et al., «Nutrient Removal by Algae-Based Wastewater Treatment», Curr Pollut Rep, vol. 8, n.o
,
pp. 369-383, 2022, doi: 10.1007/s40726-022-00230-x.
A. Abdelfattah et al., «Microalgae-based wastewater treatment: Mechanisms, challenges, recent advances,
and future prospects», Environmental Science and Ecotechnology, vol. 13, p. 100205, 2023, doi: 10.1016/j.
ese.2022.100205.
H. E. S. Touliabah, M. M. El-Sheekh, M. M. Ismail, y H. El-Kassas, «A Review of Microalgae-and CyanobacteriaBased Biodegradation of Organic Pollutants», Molecules, vol. 27, n.o
, 2022, doi: 10.3390/molecules27031141.
L. M. Gonzalez-Gonzalez y L. E. De-Bashan, «The Potential of Microalgae–Bacteria Consortia to Restore
Degraded Soils», Biology (Basel), vol. 12, n.o
, p. 693, may 2023, doi: 10.3390/biology12050693.
A. M. Miranda, F. Hernandez-Tenorio, F. Villalta, G. J. Vargas, y A. A. Sáez, «Advances in the Development of
Biofertilizers and Biostimulants from Microalgae», Biology (Basel), vol. 13, n.o
, pp. 1-19, 2024, doi: 10.3390/
biology13030199.
«CYTED». Accedido: 7 de abril de 2024. [En línea]. Disponible en: RENUWAL - Red iberoamericana para el
tratamiento de efluentes con microalgas
M. Faith y A. Ferreira, «Infografías RED RENUWAL - CYTED». Accedido: 9 de abril de 2024. [En línea].
Disponible en: https://www.cyted.org/assets/img/redes/108/publicacao/Infografías Red Renuwal - 1 Edición.
J. Umaña Venegas, «Es factible producir microalgas para alimento animal y a la vez ayudar al ambiente»,
Hoy en el TEC. Accedido: 2 de abril de 2024. [En línea]. Disponible en: https://www.tec.ac.cr/hoyeneltec/2019/09/11/factible-producir-microalgas-alimento-animal-vez-ayudar-ambiente
N. Rojas Araya, «Efecto de la suplementación con harina de microalgas sobre el desempeño de reproductores pesados», Tesis de Licenciatura, Universidad de Costa Rica, 2017.
G. Poveda-Víquez, F. Villalta-Romero, F. Murillo-Vega, M. Guerrero-Barrantes, y C. Salas-Durán, «Effect of
inclusion of arthrospira maxima microalgae in laying hen diets on production parameters and egg characteristics», Revista Brasileira de Ciencia Avicola / Brazilian Journal of Poultry Science, vol. 25, n.o
, 2023, doi:
1590/1806-9061-2022-1753.
R. Mariculture, «INSTANT ALGAE® | SINGLE SPECIES FEEDS – Reed Mariculture». Accedido: 4 de abril de
[En línea]. Disponible en: https://reedmariculture.com/collections/instant-algae-feeds
Michelle Soto, «Ostras comen dos toneladas de microalgas cada día | La Nación», San José, 8 de julio de
[En línea]. Disponible en: https://www.nacion.com/ciencia/medio-ambiente/ostras-comen-dos-toneladas-de-microalgas-cada-dia/LBC46R62TFAZNDVAIBXPF5RCAA/story/
S. Ramírez-Flores, M. Guerrero-Barrantes, F. Murillo-Vega, y F. Villalta-Romero, «Efectos de la longitud de
onda de luz, el fotoperiodo y la salinidad en los parámetros de producción de Isochrysis galbana», Revista
Tecnología en Marcha, 2023, doi: 10.18845/TM.V37I1.6693.
J. Umaña Venegas, «Alimento con microalgas mejora sustancialmente la producción en tilapias», Hoy en el
TEC. Accedido: 2 de abril de 2024. [En línea]. Disponible en: https://www.tec.ac.cr/hoyeneltec/2023/10/09/
alimento-microalgas-mejora-sustancialmente-produccion-tilapias
M. M. Beltranena Falla de Enríquez, L. F. Aragón Vargas, y W. Salazar Rojas, «III Simposio Internacional en
Ciencias del Deporte y la Salud», en III simposio Internacional en Ciencoas del Deporte y la Salud, 1996, pp.
-31.
A. Montoya-Arroyo, K. Lehnert, P. E. Lux, y others, «11’-α-Tocomonoenol is the major α-tocomonoenol isomer
in cyanobacteria and microalgae from Costa Rica», Journal of Food Composition and Analysis, 2022, [En
línea]. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889157521005251
F. Bolaños Quirós y A. M. Quiros Blanco, «Desarrollo de un prototipo de bebida verde utilizando espirulina
(Arthrospira sp.) como ingrediente», 2023.
C. Corrales Picado, «Establecimiento de un pretratamiento de desodorización óptimo para alterar el perfil
organoléptico de Arthrospira maxima antes de su adición como suplemento alimenticio en barras de cereal.»,
Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2023.
K. Núñez-Montero, M. Guerrero-Barrantes, y O. Gómez-Espinoza, «Microalgae-based approaches to overcome the effects of the COVID-19 pandemic», Tecnología en Marcha, vol. 35, n.o
May, pp. 84-93, 2022.
J. S. Singh, A. Kumar, A. N. Rai, y D. P. Singh, «Cyanobacteria: A precious bio-resource in agriculture,
ecosystem, and environmental sustainability», Front Microbiol, vol. 7, n.o
APR, pp. 1-19, 2016, doi: 10.3389/
fmicb.2016.00529.
N. Siebers et al., «Towards phosphorus recycling for agriculture by algae: Soil incubation and rhizotron studies using 33P-labeled microalgal biomass», ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS AND
BIOPRODUCTS, vol. 43, 2019, doi: 10.1016/j.algal.2019.101634.
X. Song et al., «Potential applications for multifunctional microalgae in soil improvement», Front Environ Sci,
vol. 10, n.o
October, pp. 1-10, 2022, doi: 10.3389/fenvs.2022.1035332.
J. A. V Costa, B. C. B. Freitas, C. G. Cruz, J. Silveira, M. G. Morais, y A. L. Gonçalves, «The Use of
Microalgae and Cyanobacteria in the Improvement of Agricultural Practices: A Review on Their Biofertilising,
Biostimulating and Biopesticide Roles», APPLIED SCIENCES-BASEL, vol. 11, n.o
, pp. 366-375, 2021, doi:
1080/03601234.2019.1571366.
J. A. V Costa, B. C. B. Freitas, C. G. Cruz, J. Silveira, y M. G. Morais, «Potential of microalgae as biopesticides
to contribute to sustainable agriculture and environmental development», JOURNAL OF ENVIRONMENTAL
SCIENCE AND HEALTH PART B-PESTICIDES FOOD CONTAMINANTS AND AGRICULTURAL WASTES, vol.
, n.o
, pp. 366-375, 2019, doi: 10.1080/03601234.2019.1571366.
A. L. Alvarez, S. L. Weyers, H. M. Goemann, B. M. Peyton, y R. D. Gardner, «Microalgae, soil and plants: A critical review of microalgae as renewable resources for agriculture», ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS
AND BIOPRODUCTS, vol. 54, 2021, doi: 10.1016/j.algal.2021.102200.
V. E. J. Jassey et al., «Contribution of soil algae to the global carbon cycle», New Phytologist, vol. 234, n.o
,
pp. 64-76, 2022, doi: 10.1111/nph.17950.
B. Ramakrishnan, N. R. Maddela, K. Venkateswarlu, y M. Megharaj, «Potential of microalgae and cyanobacteria to improve soil health and agricultural productivity: a critical view», Environmental Science: Advances, vol.
, n.o
, pp. 586-611, 2023, doi: 10.1039/d2va00158f.
A. L. Alvarez, S. L. Weyers, H. M. Goemann, B. M. Peyton, y R. D. Gardner, «Microalgae, soil and plants: A
critical review of microalgae as renewable resources for agriculture», Algal Res, vol. 54, p. 102200, abr. 2021,
doi: 10.1016/J.ALGAL.2021.102200.
F. Villalta-Romero, F. Murillo-Vega, B. Martínez-Gutiérrez-, J. Valverde-Cerdas, A. Sánchez-Kopper, y M.
Guerrero-Barrantes, «Microalgal biotechnology in Costa Rica : Business opportunities to the national productive sector Biotecnología microalgal en Costa Rica : Oportunidades de negocio para el sector productivo
nacional», Tecnologia en Marcha, vol. 32, pp. 85-93, 2019.
RECOPE, «Estudio de factibilidad del proyecto de mezcla de gasolina con etanol a nivel nacional», 2020. [En
línea]. Disponible en: https://www.recope.go.cr/wp-content/uploads/2020/02/ESTUDIO-FACTIBILIDAD.pdf
L. P. Vega, K. T. Bautista, H. Campos, S. Daza, y G. Vargas, «Biofuel production in Latin America: A review
for Argentina, Brazil, Mexico, Chile, Costa Rica and Colombia», Energy Reports, vol. 11, n.o
October 2023, pp.
-38, 2024, doi: 10.1016/j.egyr.2023.10.060.
E. Arnáez-Serrano et al., «Establecimiento de cultivos bioenergéticos como fuente de energías alternativas,
mediante el desarrollo de materiales de siembra en tres sitios de Costa Rica», Revista Tecnología en Marcha,
vol. 32, pp. 25-34, 2019, doi: 10.18845/tm.v32i6.4225.
Ministerio de Ambiente y Energia MINAE, VII Plan Nacional de Energía 2015-2030. 2015.
Ministerio de Ambiente y Energía ; Ministerio de Agricultura y Ganadería, Reglamento de Biocombustibles
líquidos y sus mezclas. Gobierno de la República de Costa Rica. http://www.pgrweb.go.cr/scij/ Busqueda/
Normativa/Normas/nrm_texto_completo.aspx?param1=NRTC&nValor1=1&nValor2=83579&nValor3=10
&strTipM=TC, 2016. [En línea]. Disponible en: http://www.pgrweb.go.cr/scij/ Busqueda/Normativa/Normas/
nrm_texto_completo.aspx?param1=NRTC&nValor1=1&nValor2=83579&nValor3=10 7514&strTipM=TC
M. Antar, D. Lyu, M. Nazari, A. Shah, X. Zhou, y D. L. Smith, «Biomass for a sustainable bioeconomy: An overview of world biomass production and utilization», Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 139, p.
, abr. 2021, doi: 10.1016/J.RSER.2020.110691.
M. Cordoba-Perez y H. de Lasa, «CO2-derived carbon capture using microalgae and sodium bicarbonate in
a photobioCREC unit: Kinetic modeling», Processes, vol. 9, n.o
, 2021, doi: 10.3390/pr9081296.
G. Allorent et al., «UV-B photoreceptor-mediated protection of the photosynthetic machinery in Chlamydomonas
reinhardtii», Proc Natl Acad Sci U S A, vol. 113, n.o
, pp. 14864-14869, 2016, doi: 10.1073/pnas.1607695114.
Y. Wu, F. Yue, J. Xu, y J. Beardall, «Differential photosynthetic responses of marine planktonic and benthic
diatoms to ultraviolet radiation under various temperature regimes», Biogeosciences, vol. 14, n.o
, pp. 5029-
, 2017, doi: 10.5194/bg-14-5029-2017.
C. Y. Wong, M. L. Teoh, S. M. Phang, P. E. Lim, y J. Beardall, «Interactive effects of temperature and uv radiation on photosynthesis of chlorella strains from polar, temperate and tropical environments: Differential impacts
on damage and repair», PLoS One, vol. 10, n.o
, pp. 1-14, 2015, doi: 10.1371/journal.pone.0139469.
Q. T. Gao y N. F. Y. Tam, «Growth, photosynthesis and antioxidant responses of two microalgal species,
Chlorella vulgaris and Selenastrum capricornutum, to nonylphenol stress», Chemosphere, vol. 82, n.o
, pp.
-354, 2011, doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.10.010.
L. Li, J. Cui, Q. Liu, Y. Ding, y J. Liu, «Screening and phylogenetic analysis of lipid-rich microalgae», Algal Res,
vol. 11, pp. 381-386, 2015, doi: 10.1016/j.algal.2015.02.028.
I. Rawat, R. Ranjith Kumar, T. Mutanda, y F. Bux, «Biodiesel from microalgae: A critical evaluation from laboratory to large scale production», Appl Energy, vol. 103, pp. 444-467, 2013, doi: 10.1016/j.apenergy.2012.10.004.
S. Isah y G. Ozbay, «Valorization of Food Loss and Wastes: Feedstocks for Biofuels and Valuable Chemicals»,
Front Sustain Food Syst, vol. 4, n.o
June, 2020, doi: 10.3389/fsufs.2020.00082.
P. Maheshwari et al., «A review on latest trends in cleaner biodiesel production: Role of feedstock, production
methods, and catalysts», J Clean Prod, vol. 355, n.o
November 2021, 2022, doi: 10.1016/j.jclepro.2022.131588.
M. Adamczyk, J. Lasek, y A. Skawińska, «CO2 Biofixation and Growth Kinetics of Chlorella vulgaris and
Nannochloropsis gaditana», Appl Biochem Biotechnol, vol. 179, n.o
, pp. 1248-1261, 2016, doi: 10.1007/
s12010-016-2062-3.
A. Carrasquilla-Batista, A. Chacón-Rodríguez, F. Murillo-Vega, K. Núñez-Montero, O. Gómez-Espinoza, y M.
Guerrero-Barrantes, «Characterization of biomass pellets from Chlorella vulgaris microalgal production using
industrial wastewater», Energy and Sustainability in Small Developing Economies, ES2DE 2017 - Proceedings,
, doi: 10.1109/ES2DE.2017.8015352.
O. K. Agwa, S. N. Ibe, y G. O. Abu, «Economically effective potential of Chlorella sp . for biomass and lipid
production», J Microbiol Biotechnol Res, vol. 2, n.o
, pp. 35-45, 2012.
L. Rodolfi et al., «Microalgae for oil: Strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a low-cost photobioreactor», Biotechnol Bioeng, vol. 102, n.o
, pp. 100-112, ene. 2009, doi: 10.1002/
BIT.22033.
Y. Liang, N. Sarkany, y Y. Cui, «Biomass and lipid productivities of Chlorella vulgaris under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic growth conditions», Biotechnol Lett, vol. 31, n.o
, pp. 1043-1049, jul. 2009, doi:
1007/S10529-009-9975-7.
R. R. Philippini et al., «Agroindustrial Byproducts for the Generation of Biobased Products: Alternatives for
Sustainable Biorefineries», Front Energy Res, vol. 8, n.o
July, pp. 1-23, 2020, doi: 10.3389/fenrg.2020.00152.
M. Vigani et al., «Food and feed products from micro-algae: Market opportunities and challenges for the EU»,
Trends Food Sci Technol, vol. 42, n.o
, pp. 81-92, 2015, doi: 10.1016/j.tifs.2014.12.004.
M. K. Awasthi et al., «Refining biomass residues for sustainable energy and bio-products: An assessment of
technology, its importance, and strategic applications in circular bio-economy», Renewable and Sustainable
Energy Reviews, vol. 127, n.o
May, p. 109876, 2020, doi: 10.1016/j.rser.2020.109876.
B. Khiari, M. Jeguirim, L. Limousy, y S. Bennici, «Biomass derived chars for energy applications»,
Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 108, n.o
November 2018, pp. 253-273, 2019, doi: 10.1016/j.
rser.2019.03.057.
Y. Lu y J. Xu, «Phytohormones in microalgae: A new opportunity for microalgal biotechnology?», Trends Plant
Sci, vol. 20, n.o
, pp. 273-282, 2015, doi: 10.1016/j.tplants.2015.01.006.
Ç. Yarkent, C. Gürlek, y S. S. Oncel, «Potential of microalgal compounds in trending natural cosmetics: A
review», Sustain Chem Pharm, vol. 17, n.o
July, 2020, doi: 10.1016/j.scp.2020.100304.