Este blog está asociado a las páginas web de las asignaturas de Microbiología del Grado de Biotecnología y del Grado de Ciencias Ambientales de la UMH.

Aquí se publican los resúmenes de los diferentes trabajos realizados por los alumnos de la asignatura Microbiología Industrial.


También podrás encontrar diversas páginas y blogs relacionados con el mundo de la Microbiología. El material que se presenta en ellos puede ser utilizado en clase.


martes, 23 de mayo de 2017

Deja que Leuconostoc mesenteorides cuide de ti



CAPACIDAD TECNOLÓGICA Y APLICACIONES DE CEPAS BIOACTIVAS AISLADAS DE LECHE CRUDA DE CAMELLO ARGELINO


Los probióticos han sido siempre el gancho comercial más recurrido en cuanto a la venta de lácteos y productos digestivos, mayormente yogures, bajo el pseudónimo de reguladores de la flora intestinal y con el lema de “sentirte mejor por dentro”; pero ¿qué son realmente? ¿Cuál es su modo de actuación?


Los alimentos probióticos son alimentos con microorganismos vivos adicionados que permanecen activos en el intestino, en cantidad suficiente como para alterar la microbiota intestinal del huésped. Ingeridos en cantidades suficientes, pueden tener efectos beneficiosos. La Organización Mundial de la Salud (OMS) definió los probióticos como «Microorganismos vivos que, cuando son suministrados en cantidades adecuadas, promueven beneficios en la salud del organismo hospedador». 



El tema de estudio del artículo consiste en la posibilidad de la actuación de la leche de camello como probiótico debido al descubrimiento en ella de cepas bacterianas con propiedades probióticas.

Figura 1.  Leuconostoc mesenteroides como potencial probiótico



Estas cepas bacterianas son bacterias ácido lácticas (LAB). Éstas han sido importantes en el ámbito de la alimentación durante siglos debido a sus diferentes contribuciones a los productos alimenticios. Gracias a varios metabolitos que producen (ácidos orgánicos, sustancias conservantes, polisacáridos, vitaminas, endulzantes...) estas bacterias contribuyen al sabor, olor, textura, valor nutricional, etc de los alimentos. 

Mediante el estudio de muestras de leche de camello se determinó que ciertas cepas presentes en la leche (B7 y Z8 de Leuconostoc mesenteroides subespecie mesenteroides) tenían una alta capacidad de inhibir el crecimiento de Listeria spp, un género de bacterias en las que ciertas especies son patógenas, y Staphylococcus aureus que también puede producir una gran gama de enfermedades.  




Figura 2. Representación del logaritmo del número de células (log N) versus el tiempo de cultivo. Se observa una disminución del crecimiento de las bacterias patógenas en cultivos mixtos debido a las bacteriocinas de L. mesenteroides




Así mismo se observó que la cepa B7 de L. mesenteroides producía una bacteriocina (proteína producida por bacterias que inhibe el crecimiento o mata otras bacterias) que fue identificada como leucocina B; una bacteriocina que inhibe el crecimiento de un amplio espectro de bacterias.


Por otra parte se determinó que las dos cepas de Leuconostoc mesenteroides exhibían un marcado perfil probiótico mostrando una alta supervivencia a pH bajo (2-3 y 4) en presencia de 0.5%, 1%, y 2% de sales biliares y de 3 mg/mL de pepsina (estas dos últimas siendo sustancias presentes en el tracto digestivo que con frecuencia impiden la supervivencia de ciertos microorganismos no adaptados). 

Figura 3. Estudio del número de células (indicado en UFC/mL) de las cepas B7 y Z8 de L. mesenteroides a pH 2, 3 y 4. Z8 muere al cabo de 3 horas a pH 2, mientras que el resto de cepas permanecen estables en el tiempo a los distintos pH.



Por tanto, debido a la capacidad de las cepas de L. mesenteroides encontradas en la leche de camello de inhibir el crecimiento de especies que pueden provocar enfermedades y su alta capacidad de sobrevivir en condiciones como las antes detalladas y que se dan en el sistema digestivo humano se considera que la leche de camello tiene un alto potencial como probiótico, a falta de investigaciones más profundas.



Artículo:
Technological Aptitude and Applications of Leuconostoc mesenteroides Bioactive Strains Isolated from Algerian Raw Camel Milk.
Zineb Benmechernene, Hanane Fatma Chentouf, Bellil Yahia, Ghazi Fatima, Marcos Quintela-Baluja, Pilar Calo-Mata, and Jorge Barros-Velázquez

https://www.hindawi.com/journals/bmri/2013/418132/



Realizado por:
Raquel Pastor Martín
Sonia Coves Mora
María Hernández Marín
Jésica Martínez Godfrey


Un candidato para la vacuna del sífilis inhibe la diseminación de Treponema Pallidum, subespecie pallidum.

Karen V. Lithgow1, Rebecca Hof1, Charmaine Wetherell,
Drew Phillips, Simon Houston & Caroline E. Cameron


Introducción

La sífilis es una enfermedad crónica transmitida principalmente por contacto sexual causada por la infección de la espiroqueta Treponema pallidum subesp. pallidum. Ocasiona úlceras y manchas rojas en los órganos sexuales, así como lesiones en el sistema nervioso y aparato circulatorio.

Sobre todo afecta a países en vías de desarrollo y subdesarrollados, aunque últimamente se ha visto un aumento considerable de casos de sífilis en países desarrollados entre hombres que tienen sexo con otros hombres. Según otros estudios, esto parece deberse a que realizan más encuentros sexuales ocasionales, así como una reducción en el uso de medidas de seguridad frente a las enfermedades de transmisión sexual (Las infecciones de transmisión sexual se multiplican entre el colectivo gay). También se ha visto un aumento en la transmisión de madres embarazadas al feto. Además, la infección de sífilis produce un aumento en probabilidad de transmisión del SIDA, por lo que la erradicación de la sífilis supondría un gran impacto en la prevención de esta otra enfermedad.

En cuanto a  tratamientos se refiere, T. pallidum todavía no ha mostrado resistencia a la penicilina, pero sí a otras medidas. Es por ello que en el caso particular de las mujeres embarazadas alérgicas a la penicilina, se necesita de una desensibilización previa al tratamiento convencional y, como consecuencia, precisan de una medida de control alternativa más viable, como lo es la vacuna que propone el artículo.

T. pallidum posee una naturaleza altamente invasiva vía torrente sanguíneo y vasos linfáticos, invadiendo varios tejidos y órganos del hospedador. Una proteína implicada en la diseminación es la adhesina Tp0751, que facilita la interacción con el hospedador uniéndose a componentes próximos al endotelio vascular, siendo esta la principal candidata para la creación de la vacuna para esta
enfermedad.

Anteriores intentos de desarrollo de vacunas han conseguido distintos grados de éxito, sobre todo en conejos. Utilizando células enteras de T. pallidum atenuadas con radiación gamma se han conseguido muy buenos resultados y, aunque esta solución es muy poco práctica para ser llevada a cabo en humanos, avanzó mucho el desarrollo de una vacuna óptima para la sífilis. En la investigación explicada en este artículo, se estudia la capacidad de inmunización con la proteína Tp0751 para evitar la diseminación de T. pallidum a órganos distantes en conejos con resultados prometedores.


Resultados

El resultado general del experimento es que la inmunización con Tp0751 atenúa el desarrollo de la lesión. Para ello, tres conejos fueron sedados e inmunizados tres veces con Tp0751 disuelto con un adyuvante (sustancia que contribuye a incrementar la eficacia de la vacuna y su poder inmunológico, es decir, que logran estimular el sistema inmune debido a que mimetizan un patógeno) a intervalos de 3 semanas, dando lugar a la inducción de un alto número de anticuerpos anti-Tp0751 en cada uno de los animales inmunizados.

Las investigaciones con un animal control llevadas a cabo usando tan solo la inmunización con adyuvante no mostraron un efecto protector en ausencia del antígeno, descartando así la posibilidad de que el adyuvante sólo confiera inmunidad. A las 3 semanas después de la inmunización final, los animales inmunizados y los animales control fueron sedados  y tratados con un millón de células de T.pallidum.

Durante las 2 semanas siguientes las lesiones estaban presentes en todos los animales pero los inmunizados presentaban cierto retraso en las lesiones. En el día 4, se produjo el endurecimiento de toda la piel en los animales control (100% de endurecimiento), mientras que en los inmunizados tan solo se produjo el endurecimiento del  67%. Las lesiones ulceraron (generar lesiones abiertas de la piel o membrana mucosa con pérdida de sustancia) en los animales control al 100% llegado el dia 14 y solo al 47% en los inmunes. El diámetro de la lesión es un 20% mayor en los control que en los inmunes. El 70% de las lesiones de los animales control fueron positivas para T. pallidum, sólo el 20% en animales inmunizados. En los animales control observamos una concentración alta de treponemas, siendo el 50% de ellos móviles. En los inmunes, la densidad era muy baja siendo todos ellos inmóviles.
En resumen: en los inmunes se produjo una disminución significativa de la ulceración de la lesión, de la carga treponémica y una tendencia hacia la disminución del diámetro de la lesión (tratado con Tp0751) en comparación a los que no se trataron.

Trabajo Micro.PNGTabla.1.
Después de estos 14 días se sacrificaron los animales y se realizó una PCR cuantitativa (que permite analizar la cantidad de ADN producida en tiempo real) para evaluar la carga de T. pallidum y, con ello, su capacidad de infección. El resultado fue una ligera tendencia hacia el aumento de las concentraciones de ADN de T. pallidum en los sitios de lesión de los control en comparación con los inmunizados. Sin embargo, hay que señalar que la carga treponémica (cantidad de infección) más alta se detectó en el conejo inmunizado 1 (Im1), mientras que los conejos Im2 e Im3 mostraron cargas treponémicas inferiores a las de los animales control.

Los extractos de carga treponémica en huesos, hígado y bazo de los animales revelan, en general, una disminución de la concentración de ADN en todos los animales inmunizados. La mayor disminución de la concentración de ADN de T. pallidum ocurre en el bazo de los animales inmunizados y en comparación con los no inmunizados. Esto indica que la inmunización con Tp0751 inhibe la diseminación a estos órganos.

Para determinar si la inmunización con Tp0751 protege contra la diseminación de T. pallidum se han transferido ganglios linfáticos de dos animales control y tres inmunizados a cinco animales que no han sido expuestos. En los animales no inmunizados que han recibido una transferencia de ganglios linfáticos se produce una seroconversión (aparición de anticuerpos contra el sida) y finalmente una orquitis asintomática (inflamación de los testículos). Por el contrario, los animales que han recibido ganglios linfáticos de animales inmunizados con Tp0751 no presentan dicha orquitis. Además, dos de estos (R-Im1 y R-Im2) no presentan seroconversión.

La inmunización con Tp0751 promueve la infiltración celular (migración de los anticuerpos a las zonas afectadas). Los animales que fueron inmunizados obtuvieron unos niveles de infiltración celular mayores en todos los tipos celulares analizados, incluyendo neutrófilos, células dendríticas, linfocitos y células B diferenciadas.

Tal y como se comenta anteriormente, se demuestra que los animales inmunizados con Tp0751 expresan un desarrollo de lesiones de forma atenuada en comparación con animales control, una inhibición de la diseminación de T. pallidum y el incremento de la movilización de macrófagos y anticuerpos en lesiones celulares. Se observó que los 3 animales inmunizados muestran las lesiones que se comentaron antes con un desarrollo atenuado, mientras que los control representaban una lesión normal. También se observó una menor cantidad de T.pallidum en la zona de infección de los animales inmunizados.

De entre todos los inmunes se vió que el individuo Im1 tenía la mayor carga treponémica, puede deberse a que se observó la PCR cuantitativa la cual contabiliza tanto bacterias vivas como muertas. Se confirmó que aproximadamente el 20% de la carga bacteriana en inmunizados era de treponemas con movilidad positiva (vivos), mientras que en animales control lo son más de la mitad de la carga bacteriana.

Para confirmar el éxito de la inmunidad a la hora de transplantar nodos linfáticos de un animal inmunizado a uno que no ha sido inmunizado (R-Im1, R-Im2) no debería tener ningún signo de infección, ni físico ni serológico (cambios en el número de anticuerpos).Tras pasar 185 días del trasplante de nodos linfáticos de Im1 e Im2 no se observó ningún cambio en la serología de los organismos que recibieron el trasplante y tampoco se observó ningún tipo de presencia de T.pallidum, y el conejo Im3 es el que posee menor carga infectiva de T.pallidum.

En los animales R-Im3 se había observado cierta seroconversión pero se considera que es debido a alguna retención de T. pallidum en los propios nodos trasplantados. Se pudo observar además que en Im3 hubo la mayor respuesta de generación de células inmunes (macrófagos) en los días más tempranos (sobre el día 14).

El análisis histológico de la lesión primaria en controles inmunizados demuestra un incremento en la producción de anticuerpos en animales inmunizados con Tp0751 en el día 14. Estos anticuerpos pueden ser inhibitorios o que intervengan en la eliminación de bacteria. Esto provoca que se retenga el microorganismo T. pallidum en la zona de infección. En los conejos inmunizados se encontraron altos niveles de células dendríticas y linfocitos en la zona de la infección, esto podría deberse a una mutación en el sitio de infección (que ha otorgado una respuesta eficiente contra T.pallidum) que afectaba a las bacterias.

También se observaron altos niveles de neutrófilos en las lesiones primarias de los animales inmunizados, lo que es interesante porque normalmente los neutrófilos se relacionan con un aumento en la ulceración pero estos presentaban un menor grado de ésta en las lesiones primarias que los animales control. Los neutrófilos suelen responder pronto a las infecciones bacterianas, algo que no suele pasar con T. pallidum, por lo que la concentración de estos en las lesiones primarias de los animales inmunizados puede significar la efectividad en la vuelta de las células inmunes al sitio de origen de la lesión y la eliminación de bacterias del cuerpo.

Discusión

Este estudio muestra descubrimientos prometedores respecto a la efectividad del Tp0751 como candidato a la vacuna de la sífilis. Hay que decir que este estudio está bastante delimitado por la cantidad tan pequeña de sujetos estudiados (2 animales control y 3 inmunizados) al igual que las diferencias genéticas en los conejos. Aún así, este estudio resulta útil para investigaciones futuras con muestras animales más numerosas.

Aunque la inmunización con Tp0751 no resultó en la protección estéril en animales inmunizados, sí que resultó en la protección estéril de los animales a los que se les transfirió los nodos linfáticos de los animales inmunizados.

Futuros estudios también incluirán pruebas de la eficacia de la mezcla de Tp0751 con TprK, otra posible candidata como vacuna contra la sífilis. Este cóctel proporciona una doble respuesta de protección contra el desarrollo de las lesiones y contra la diseminación de los treponemas desde el foco de la infección primaria.

Los resultados de este experimento indican que el dominio que contiene Tp0751 en T. pallidum es un candidato prometedor para la obtención de una vacuna contra la sífilis, ya que la inmunización con esta proteína reduce de forma significante la diseminación de treponema en el huésped. La eliminación de la diseminación es un requerimiento clave para el desarrollo de la vacuna, y esto conlleva asimismo (1) la reducción de incidencias de la sífilis previniendo la formación de lesiones secundarias altamente infecciosas características de la sífilis, (2) eliminando las consecuencias devastadoras de las infecciones congénitas y (3) evitar la multitud de secuelas asociadas a la sífilis. Esta vacuna podría acabar con el problema mundial que es la sífilis.

Bibliografía


Trabajo realizado por:

Aitana Romero Cañizares
Federico José Saviotti Brunacci
Javier Martínez Pérez
José Manuel Gómez Belda
Juan Manuel Andrés de la Cruz




Mutantes de levadura que mejoran la elaboración del sake


Como todos sabemos cada país posee una  gastronomía característica y peculiar que es distinta a la del resto. Esto no se limita únicamente a la comida sino que las bebidas alcohólicas que se consumen en cada país también son características de estos, tal y como presenta este artículo “Los 32 países del mundial y sus licores o destilados tradicionales”.

La alimentación es un aspecto tan importante para el ser humano que en los últimos años hemos visto una gran explosión en el desarrollo de un campo conocido como biotecnología alimentaria.  La biotecnología alimentaria se puede definir como el conjunto de técnicas que emplean organismos vivos o sustancias derivadas de ellos con el fin de mejorar las características de las plantas o animales que producen los alimentos que consumimos. Quizás el ejemplo estrella de esto es el famoso maíz transgénico que permite obtener cosechas más resistentes pero, ¿y si además pudiéramos no solo mejorar las características adaptativas y resistencia de esas especies sino también sus características organolépticas? Ya no solo tendríamos alimentos “superresistentes” sino que también tendríamos alimentos “supersabrosos”. En este caso nos vamos a centrar en explicar cómo se ha logrado mejorar las propiedades organolépticas del sake.


  • ¿Qué es el sake y cómo se produce?


El sake es una bebida alcohólica tradicional japonesa preparada a partir de la destilación del arroz. Como se ha comentado al comienzo del artículo las bebidas alcohólicas de cada país presentan unas características especiales, y esto es así porque su método de elaboración es distinto. Por ejemplo, el método de elaboración del sake es más parecido al de la cerveza que al del vino. El contenido de alcohol también difiere entre vino, cerveza y sake, en el caso del sake antes de la dilución será un 18-20% y una vez diluido se embotella a un 15%.

 La elaboración del sake es compleja y tiene 3 fases de elaboración fundamentales: “koji”, “motto” y “moromi”. Para ello se parte del grano de arroz, se retiran los componentes de su capa exterior, limándolo, y nos quedamos con la parte central del mismo, donde reside el almidón.

nichiei_sake_production_process (1).jpg
Figura 1. Imagen que ilustra las distintas fases en la producción del sake. Cabe destacar la importancia del pulido y la fermentación para la comprensión de este artículo.



  • El pulido del arroz


El pulido del arroz pretende eliminar las partes externas del arroz perlado, dónde están las proteínas y ácidos grasos, y que pueden producir la pérdida de sabores o un sabor menos exquisito del sake. Por lo tanto, cuanto más refinado es el pulido mejor el sabor del sake obtenido. Sin embargo, en este punto se presenta un aspecto clave para la industria de fabricación del sake, el ratio de pulimento del arroz.

okome.jpg
 Figura 2Imagen de arroz antes y después de haber sido pulido.



El ratio de pulimento del arroz se determina en porcentaje (%) e indica el grano que se mantiene del tamaño original. Es decir que un ratio de pulimento del 60% nos indica que se ha quitado el 40% y se mantiene un tamaño del 60%.

Este ejemplo es el caso de la variedad de Sake Ginjo-shu (ratio de pulimento del 60%) que es la variedad en la que nos vamos a centrar.


  • La fermentación del sake


La fermentación del sake es producida por unos microorganismos unicelulares llamados levaduras, mayoritariamente la especie Saccaromyces cerevisiae, produciendo etanol y liberando dióxido de carbono.  Este proceso se da en ausencia de oxígeno.

También es requerido un moho llamado koji-kin (Aspergillus oryzae) para realizar el proceso de sacarificación, romper el almidón en los azúcares fermentables para que estos puedan ser usados por las levaduras.

El hongo koji-kin se dispone sobre el arroz cocido al vapor y todo esto se mezcla con agua y levadura en un mismo tanque.


  • Dilema entre el sabor y el pulido


En el caso de la variedad de sake Ginjo-shu se caracteriza por tener un sabor afrutado denominado “ginjo-ko”, sabor que se debe a la presencia de algunos compuestos orgánicos volátiles como el acetato de isoamilo. Este compuesto es producido por las levaduras y es uno de los cuales determinará el buen sabor del sake.

Sin embargo, existe un problema con la síntesis del acetato de isoamilo. La presencia de ácidos grasos inhibe la producción del acetato de isoamilo.  Cuando se emplea un arroz con un alto grado de pulido (como es el usado para esta variedad de sake, 60%) permanece en mayor parte la capa externa del arroz, donde se encuentran los ácidos grasos. Como resultado la producción del acetato de isoamilo por las levaduras será menor.

Sin embargo, tal y como se ha comentado antes el pulido es una etapa crítica para la calidad del sake y distintos porcentajes de pulido determinan los distintos tipos de sake que se obtendrán.



  • Solución para obtener un sake de gran calidad


Gracias a la investigación y a la biotecnología alimentaria se ha conseguido aislar cepas de levadura que no presentan esta inhibición por ácidos grasos. Se han aislado estos mutantes,  aquellas levaduras que presentan estas mutaciones ventajosas que les permiten sintetizar acetato de isoamilo con normalidad aún en presencia de ácidos grasos en el medio.  Gracias a esto se podría usar el arroz con el ratio de pulido indicado y mejorando las propiedades organolépticas del sake que se obtendría al final.

Se ha estudiado en profundidad cuál es la mutación que provoca que estas levaduras mutantes tengan esta interesante capacidad para la producción del sake. Conocer dónde ocurre la mutación permite seleccionar las levaduras que interesan para utilizarlas a nivel industrial además de obtener más información sobre la biología de estos microorganismos, cosa que a nivel científico siempre interesa.

El conocimiento sobre este tipo de mutaciones que han ocurrido de forma natural permite emplear organismos con características más óptimas para la producción de alimentos. Incluso se pueden diseñar organismos mutantes en los que las mutaciones se realizan en el laboratorio. Ya sean naturales o introducidas por el investigador, las mutaciones son una fuente de posibilidades para la optimización de los procesos industriales tal y como hemos visto con este ejemplo del sake.


Bibliografía:
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Acetato_de_isoamilo
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Aspergillus_oryzae
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Fermentación_alcohólica
https://www.verema.com/blog/licores-destilados/1145270-que-sake-como-elabora
https://www.verema.com/blog/licores-destilados/1145270-que-sake-como-elabora#elaborar%20sake
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27475923

Trabajo realizado por:
Lourdes Alcañiz Pascual
Esther Barceló García
Esther Galán Solís
 Jessica Ibeth Solís Villalva
Ana Pérez Guevara
Sheila Romero Carretero.



lunes, 22 de mayo de 2017

Mejora del desarrollo en crías de animales gracias a una proteína

En mamíferos cada etapa del desarrollo suele estar asociada a una microbiota específica y la colonización del intestino por los microorganismos adecuados es crítica para la correcta digestión de muchos alimentos que consumimos de forma habitual en nuestra dieta. El período de destete es especialmente estresante. La cría empieza una nueva dieta en la que se hace vulnerable a nuevos microorganismos patógenos, además de que la eficiencia con la que absorba los nuevos nutrientes será, por el momento, baja. Esto es debido a que los nuevos alimentos requieren de una digestión más compleja que la necesaria para la leche materna. La etapa estresante del destete tiene como consecuencia un riesgo de infección, problemas de digestión y diarrea, entre otros.
Esta habituación de la cría al nuevo ambiente viene favorecida por algunos compuestos que secreta el organismo, como el EGF y el GLP-2. Estos compuestos favorecen el desarrollo intestinal y disminuyen el estrés ocasionado por los problemas nombrados anteriormente.
La investigación publicada en la revista microbial biotechnology y de la que se ocupa este artículo consistía en comprobar cómo beneficiaba más la ingestión del compuesto GLP-2. El estudio consistió en administrar GLP-2 a 4 grupos de ratas en período destete. En el primer grupo se les administró una dieta normal, en ausencia de GLP-2. Al segundo grupo se le administró GLP-2 en la dieta. Al tercer grupo se le administró una dieta que contenía una levadura modificada genéticamente para que produjera, de manera más o menos constante, GLP-2 una vez estando en el intestino del animal. Al cuarto grupo se le administró la dieta con la levadura sin modificaciones genéticas, para asegurarse de que cualquier resultado que se obtuviera no se debiera a la levadura, sino al compuesto.
Los resultados de la investigación mostraron que el grupo tratado con la levadura que producía GLP-2 fue el más beneficiado, seguido por el grupo al que se le administraba GLP-2 en la dieta. Tanto el grupo que se alimentó con dieta normal como el grupo que se alimentó de la dieta con la levadura no tuvieron ninguna mejora, tal y como se esperaba.
El estudio podría aplicarse a niños en período de destete como suplemento alimenticio, así como a animales de granja para mejorar su crecimiento y desarrollo, y por tanto mejorar la producción de carne.
Levadura: https://es.wikipedia.org/wiki/Levadura

jueves, 18 de mayo de 2017

¿Pueden reducir las bacterias las emisiones de metano a la atmósfera?



Bioconversión de metano a lactato por bacterias metanotrofas obligadas


El metano (CH4) es el segundo gas de efecto invernadero más abundante, ya que representa el 60 % de las emisiones procedentes de las fuentes antropogénicas (es decir, que proceden de actividades humanas: basureros, minas, centrales eléctricas, geotérmicas, desechos industriales, y otras fuentes no deseadas ), el 40% restante se produce por fuentes naturales.

Emisiones globales de metano. Fuente Euronews

 Es el componente mayoritario del gas natural y del biogás por lo que convertirlo a combustibles y a productos químicos con valor industrial nos da la oportunidad de reducir las emisiones de estos gases a la atmósfera. El aprovechamiento de la energía del metano lo posiciona como un prometedor sustituto del petróleo como combustible fósil.

¿Pueden los microorganismos bioconvertir el metano en productos de interés?    La respuesta es sí. Methylomicrobium buryatense es una bacteria aerobia, metanotrófica obligada capaz de utilizar el metano o el metanol (CH3OH) como fuente de carbono y energía. Evidentemente no es la única bacteria con este metabolismo, su importancia radica en estudios previos de su genoma que han permitido desarrollar algunas herramientas de ingeniería genética, escasas en este grupo de bacterias. Además es halotolerante alcalina esto le permite crecer pese a las sustancias tóxicas presentes en el gas natural.
Una de las técnicas más importantes que se ha desarrollado es la capacidad de introducir un vector plasmídico de expresión capaz de sobreexpresar en M. buryatense el gen de la enzima L-lactato deshidrogenasa (LDH) de Lactobacillus helveticus, que se encarga de reducir el piruvato a lactato.

Se desarrollaron una serie de experimentos con los que producir lactato a partir de metano de una forma eficiente. El lactato (ácido láctico) tiene muchas aplicaciones a nivel industrial, como materia prima del biopolímero lactida para producir bioplásticos, en cosméticos sustituyendo a la glicerina, en alimentos como regulador de la acidez, en curtimiento de pieles, etc.

Sin embargo, nos encontramos ciertas limitaciones en el procedimiento, M. buryatense sólo puede emplear el metano en estado líquido (CH4 gas a temperatura ambiente), la acumulación de altas concentraciones de lactato en el medio inhibe el crecimiento microbiano y que parte del piruvato producido se sigue oxidando para producir biomasa, esto provoca que el rendimiento de la bioconversión sea muy bajo. El escalado del proceso hasta un biorreactor de removido de 5 L, ha permitido obtener 0,8 g de lactato por cada litro de metano.

Por otro lado, como hemos adelantado antes, los metanótrofos son considerados una fuente de producción de biomasa, debido a su capacidad para la acumulación de lípidos en el medio intracelular, que son útiles para hacer biocombustibles. Los FAME (Fatty acid methyl ester), que son los lípidos con potencial de ser utilizados para producir biocombustibles, son acumulados igualmente, aunque se esté produciendo el lactato.
Uso del metano por M.buryatense silvestre.

Bajo las condiciones experimentales de los investigadores el eficiencia en la conversión de metano a lactato se llevo de un 5% a un 75%.
Las perspectivas futuras son muy prometedoras con vistas a escalar el proceso a nivel industrial y a mejorar de las cepas de M. buryatense para seguir aumentando el rendimiento de la producción de lactato.

Trabajo realizado por
Javier Huerta Lobregad
Javier Alcalde Marchena
Javier Antonio Alemany Pastor
Pablo Miralles Devesa
César Martínez Guardiola

Bibliografía
·         Calvin A. Henard, Holly Smith, Nancy Dowe, Marina G. Kalyuzhnaya, Philip T. Pienkos & Michael T. Guarnieri.
       Bioconversion of methane to lactate by an oblígate methanotrophic bacterium.
       Scientific Reports. 2016   Feb
·         M. G. KalyuzhnayaS. YangO. N. RozovaN. E. SmalleyJ. ClubbA. LambG. A. Nagana GowdaD. Raftery,  Y. Fu, F. BringelS. Vuilleumier, D. A. C. Beck, Y. A. Trotsenko, V. N. KhmeleninaM. E. Lidstrom
       Highly efficient methane biocatalysis revealed in a methanotrophic bacterium.
       Nature Communications. 2013 Dec 03.

lunes, 30 de mayo de 2016

Efectos agudos de la tetraciclina y la eritromicina en mecanismo de almacenamiento de polihidroxialcanoatos

El almacenamiento de biopolímeros es ahora reconocido como un proceso auxiliar durante la utilización de sustratos de cultivos. Principalmente, este almacenamiento resulta de un desequilibrio entre la eliminación del sustrato disponible y el potencial de crecimiento microbiano. Mientras que el sustrato debe de ser eliminado, las limitaciones en las reacciones metabólicas que tienen como consecuencia el crecimiento, prevendrán el consumo total de energía y esto desencadenará la desviación de una fracción del sustrato para la generación de biopolímeros intracelulares.

El mecanismo de almacenamiento también es importante en el estudio de la inhibición de la biodegradación del sustrato bajo el impacto de los productos químicos nocivos. Tradicionalmente, la inhibición (de la degradación) se interpretaba por medio de la analogía de enzimas que afectan solamente al crecimiento microbiano, sin embargo se ignoraba el almacenamiento de sustrato. Posteriormente se descubrió que este era realmente importante, sobre todo bajo condiciones adversas, donde se producía una desviación del sustrato de crecimiento para el almacenamiento, y si se ignoraba esto se producía una interpretación errónea del impacto inhibitorio.

El objetivo de esta investigación fue estudiar los efectos de antibióticos como la tetraciclina y la eritromicina como compuestos inhibitorios (de la degradación del sustrato). Y se evaluó su impacto sobre la biodegradación de una mezcla de extracto de carne (peptona). En primer lugar se puso en marcha un reactor de cultivo secuencial con una biomasa tomada de una planta de tratamiento de aguas residuales doméstica.  Una vez aclimatada la biomasa, esta se utilizó para comenzar una serie de ejecuciones en batch, donde cada ejecución  incluía dos reactores batch en paralelo, uno para la evaluación de biopolímeros intracelulares, y el otro, para los perfiles de análisis respirométricos de la tasa de consumo de oxígeno (TCO).

La primera ejecución se desempeñó como el control; las otros dos ejecuciones incluyeron en condiciones de alimentación una dosis inicial de antibiótico de 50 mg/L y 200 mg/L por su agudo impacto principalmente en el almacenamiento de sustrato.

Tabla 1. Presenta los dos ciclos con tetraciclina (TET) y los otros dos con eritromicina (ERY), el primero es el control.
El almacenamiento de sustrato observado en el reactor de control operó sin dosificación de  antibiótico. El perfil de PHA observado exhibe un pico inicial, reflejando la acumulación de PHA; después, fue caracterizado por una curva descendente resultado de la consumición bioquímica del PHA almacenado como sustrato interno para el crecimiento microbiano. Los PHA almacenados fueron consumidos como sustrato interno y decrecieron hasta el nivel inicial en unas 20 horas.
Gráfica 1. Reactor control.
Cuando se adicionó tetraciclina se observó que esta infligió cambios significativos en el mecanismo de almacenamiento traducido por una forma modificada del perfil de PHA.  A una dosis de 50 mg/L, los niveles de PHA se incrementaron rápidamente y el incremento continuó aunque de forma más lenta hasta alcanzar una meseta en las primeras 4 h. Posteriormente, el perfil de PHA exhibió una leve disminución, lo que indica que su utilización como un sustrato interno fue bloqueado parcialmente debido a la acción inhibidora de la tetraciclina.

Gráfica 2. Reactor con tetraciclina con dosis de 50 mg/L.
Al aumentar la dosis de tetraciclina a 200 mg/L se redujo la acumulación de PHA total. Sin embargo, se redujo aún más la utilización interna de PHA almacenado. La dosis más alta de TET también parecía afectar al metabolismo de los componentes de almacenamiento individuales.

El impacto de la eritromicina en el mecanismo de almacenamiento fue diferente en comparación con la tetraciclina en el sentido de que una parte mucho más grande del sustrato inicialmente disponible para el crecimiento microbiano se desvió al almacenamiento. Al igual que en el efecto observado en la tetraciclina, la eritromicina ejerció una disminución en la utilización interna de productos de almacenamiento.

Gráfica 3. Reactor con eritromicina con dosis de 50 mg/L.
Al aumentar la dosis de eritromicina, el almacenamiento no se vio prácticamente afectado con respecto al experimento anterior. Sin embargo, la dosis más alta redujo aún más la tasa de utilización del PHA interno.

En los perfiles de TCO pudimos observar un descenso significativo en la cantidad de oxígeno consumido entre el reactor de control y los que operaron con dosificación de antibióticos, a pesar del hecho de que todos comenzaron con la misma concentración de sustrato. Esta diferencia de DQO se explica en término de inhibición acompetitiva  donde la fracción del sustrato disponible se mantenía ligado con el inhibidor, impidiendo su utilización. Por otra parte, la mejora en el almacenamiento es probable que sea uno de los factores más importantes que inducen un menor consumo de oxígeno.


Estos resultados nos sugirieron que la TCO es una herramienta esencial para entender el impacto de los antibióticos. Además, que las evaluaciones cinéticas y estequiométricas en los efectos  inhibitorios no deberían limitarse solo al crecimiento microbiano, sino que deben cubrir todos los procesos bioquímicos, incluyendo el almacenamiento de sustrato, donde es importante. Y que el observado decrecimiento en el nivel de oxígeno consumido bajo el agudo efecto de los antibióticos podría no ser solamente atribuido a la mejora en el almacenamiento sugiriendo un mecanismo de unión al sustrato adicional mediante antibióticos.

Bibliografía:
Tugce Katipoglu-Yazana, Ilke Pala-Ozkoka, Emine Ubay-Cokgor, Derin Orhona
Acute impact of tetracycline and erythromycin on the storage mechanism of polyhydroxyalkanoates

Integrantes:
Jaime Caruana Santiago
Iván Ramón Trimiño
Álvaro Huguet López
Nicolás Torres Mantelet
Mirela Rúmenova Raychínova
Javier Guerrero Meca