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Saccharomyces Cerevisiae es una buena amiga Beatriz S. Méndez
| Autora | Beatriz S. Méndez. Departamento de Química Biológica. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. IQUIBICEN. CONICET. Buenos Aires, Argentina Correo electrónico: bea@qb.fcen.uba.ar |
Nos dio el pan y el vino y en ese carácter desde los tiempos bíblicos nos acompañó en liturgias religiosas, tabernas abarrotadas y palacios principescos. Hechos conocidos. Sin embargo sus andanzas por los laboratorios científicos no han tenido gran difusión.
S.cerevisiae es el organismo modelo eucariota y como tal existe un profundo conocimiento de su genética y fisiología. Su genoma fue el primero de un organismo eucariota en ser secuenciado (1) y en consecuencia, a posteriori, se dispuso de amplia información sobre transcriptomas, proteomas y datos de ingeniería metabóllca en distintas condiciones fisiológicas. Además su uso en la industria panadera y vitivinícola, en la producción de bio-etanol y en la síntesis de intermediarios para productos de la industria química y farmacéutica condujo a una larga serie de publicaciones relativas a investigación aplicada (2). De ahí derivó su interés en determinar su genoma mínimo.
¿Qué se entiende por genoma mínimo?
Se define como el menor conjunto posible de genes que sean suficientes para sostener el funcionamiento de una forma de vida celular en presencia de todos los nutrientes esenciales y en ausencia de estrés ambiental. Y ¿cuál es el interés en conocerlo? Como se deduce de lo dicho anteriormente los microorganismos sintetizan compuestos que tienen interés comercial. En función de lograr su máxima producción es necesario que el organismo en cuestión no se “distraiga” en fabricar principalmente compuestos para su diversidad metabólica como lípidos, proteínas, material de reserva, etc. sino que dirija su metabolismo hacia la molécula de interés sin que por supuesto ello implique afectar su sobrevida lo que deriva en la necesidad de conocer los genes esenciales.
En procariotas, dado su genoma pequeño, se han determinado los genes no esenciales en varias especies. Básicamente la estrategia fue utilizar métodos de inactivación génica en bacterias como Escherichia coli, Bacillus subtilis y Mycoplasma. Sin embargo esos métodos no aseguran que todos los genes inactivados sean simultáneamente no esenciales para crecer en condiciones óptimas. Un enfoque adecuado para obtener esa respuesta es la síntesis de genomas artificiales en los cuales se puedan introducir todas las modificaciones necesarias para definir la mínima información genética que asegure crecimiento adecuado.
El primer genoma procariota artificial sintetizado, ensamblado y clonado fue el de Mycoplasma genitalum (3).Sus 580.076 pares de bases se obtuvieron mediante 101 casetes sintetizados artificialmente, recombinados “in vitro” y clonados en E. coli y S.cerevisiae. El procedimiento permitió recobrar de clones de S.cerevisiae y verificar por secuenciación el genoma completo artificial de M.genitalum. Posteriormente un genoma artificial de M.mycoides se transplantó a M.capicolum permitiendo la obtención de células bacterianas controladas por un genoma artificial (4)
Las levaduras son distintas. Por empezar S.cerevisiae tiene 16 cromosomas y el tamaño total de su genoma es de aproximadamente 12Mb. En el mismo hay cerca de 5000 genes no esenciales (1) y surge la misma pregunta sobre la simultaneidad. Dado que las respuestas a esta pregunta no fueron concluyentes N. Annaluru (5) eligió la estrategia del genoma artificial. Su elección fue el cromosoma III cuyo tamaño es 316.617 pares de bases. La estrategia consistió en introducir “in silico” en el cromosoma modificaciones como, entre otras, la eliminación de DNA no codificante, incorporación de marcas de agua para distinguir las secuencias nativas de las artificiales, y sobre todo limitar los extremos de genes no esenciales con secuencias capaces de producir su eliminación frente a una señal adecuada. Esta última estrategia permite la eliminación ordenada de genes no esenciales para llevar a cabo una función determinada, el principal objetivo tras los genomas mínimos.
Luego Annaluru recurrió a estudiantes de primer año para continuar el trabajo. Tomando como modelo el cromosoma artificial, synIII, de 272.871 pares de bases se sintetizaron artificialmente 70 casetes que fueron unidos por los estudiantes por métodos estándar de biología molecular con el fin de dar complejos ensamblados de longitud aproximada a 3 kb. Utilizando una estrategia novedosa el cromosoma nativo se reemplazó “in vivo” mediante la introducción ordenada de los fragmentos sintéticos en vueltas sucesivas de transformación. SynIII es funcional en S.cerevisiae
Y así la legendaria levadura ha permitido la construcción del primer cromosoma sintético eucariota.
¿Podrá aplicarse esta estrategia a todo su genoma? Suponemos que llevará tiempo pero mientras tanto ya se posee información sobre la cual trabajar y además la participación de estudiantes en la tarea (ver un artículo similar en este número de Química Viva) ayudó a su formación y a despertar su interés por la ciencia.
Si, Saccharomyces cerevisiae es una buena amiga.
Referencias
Goffeau A, et al (1996) Life with 6000 genes Science 274: 546, 563-567
Nevoigt N (2008) Progress in metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae Microbiology and molecular biology reviews 72: 379-412
Gibson DG, et al (2008) Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalum genome Science 319: 1215-1219
Gibson DG, et al (2010) Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome Science 329: 52-56
Annaluru N, et al ( 2014) Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome Science 344: 55-58
Se define como el menor conjunto posible de genes que sean suficientes para sostener el funcionamiento de una forma de vida celular en presencia de todos los nutrientes esenciales y en ausencia de estrés ambiental. Y ¿cuál es el interés en conocerlo? Como se deduce de lo dicho anteriormente los microorganismos sintetizan compuestos que tienen interés comercial. En función de lograr su máxima producción es necesario que el organismo en cuestión no se “distraiga” en fabricar principalmente compuestos para su diversidad metabólica como lípidos, proteínas, material de reserva, etc. sino que dirija su metabolismo hacia la molécula de interés sin que por supuesto ello implique afectar su sobrevida lo que deriva en la necesidad de conocer los genes esenciales.
En procariotas, dado su genoma pequeño, se han determinado los genes no esenciales en varias especies. Básicamente la estrategia fue utilizar métodos de inactivación génica en bacterias como Escherichia coli, Bacillus subtilis y Mycoplasma. Sin embargo esos métodos no aseguran que todos los genes inactivados sean simultáneamente no esenciales para crecer en condiciones óptimas. Un enfoque adecuado para obtener esa respuesta es la síntesis de genomas artificiales en los cuales se puedan introducir todas las modificaciones necesarias para definir la mínima información genética que asegure crecimiento adecuado.
El primer genoma procariota artificial sintetizado, ensamblado y clonado fue el de Mycoplasma genitalum (3).Sus 580.076 pares de bases se obtuvieron mediante 101 casetes sintetizados artificialmente, recombinados “in vitro” y clonados en E. coli y S.cerevisiae. El procedimiento permitió recobrar de clones de S.cerevisiae y verificar por secuenciación el genoma completo artificial de M.genitalum. Posteriormente un genoma artificial de M.mycoides se transplantó a M.capicolum permitiendo la obtención de células bacterianas controladas por un genoma artificial (4)
Las levaduras son distintas. Por empezar S.cerevisiae tiene 16 cromosomas y el tamaño total de su genoma es de aproximadamente 12Mb. En el mismo hay cerca de 5000 genes no esenciales (1) y surge la misma pregunta sobre la simultaneidad. Dado que las respuestas a esta pregunta no fueron concluyentes N. Annaluru (5) eligió la estrategia del genoma artificial. Su elección fue el cromosoma III cuyo tamaño es 316.617 pares de bases. La estrategia consistió en introducir “in silico” en el cromosoma modificaciones como, entre otras, la eliminación de DNA no codificante, incorporación de marcas de agua para distinguir las secuencias nativas de las artificiales, y sobre todo limitar los extremos de genes no esenciales con secuencias capaces de producir su eliminación frente a una señal adecuada. Esta última estrategia permite la eliminación ordenada de genes no esenciales para llevar a cabo una función determinada, el principal objetivo tras los genomas mínimos.
Luego Annaluru recurrió a estudiantes de primer año para continuar el trabajo. Tomando como modelo el cromosoma artificial, synIII, de 272.871 pares de bases se sintetizaron artificialmente 70 casetes que fueron unidos por los estudiantes por métodos estándar de biología molecular con el fin de dar complejos ensamblados de longitud aproximada a 3 kb. Utilizando una estrategia novedosa el cromosoma nativo se reemplazó “in vivo” mediante la introducción ordenada de los fragmentos sintéticos en vueltas sucesivas de transformación. SynIII es funcional en S.cerevisiae
Y así la legendaria levadura ha permitido la construcción del primer cromosoma sintético eucariota.
¿Podrá aplicarse esta estrategia a todo su genoma? Suponemos que llevará tiempo pero mientras tanto ya se posee información sobre la cual trabajar y además la participación de estudiantes en la tarea (ver un artículo similar en este número de Química Viva) ayudó a su formación y a despertar su interés por la ciencia.
Si, Saccharomyces cerevisiae es una buena amiga.
Referencias
Goffeau A, et al (1996) Life with 6000 genes Science 274: 546, 563-567
Nevoigt N (2008) Progress in metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae Microbiology and molecular biology reviews 72: 379-412
Gibson DG, et al (2008) Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalum genome Science 319: 1215-1219
Gibson DG, et al (2010) Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome Science 329: 52-56
Annaluru N, et al ( 2014) Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome Science 344: 55-58
 ISSN 1666-7948www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar | Revista QuímicaViva Número 2, año 13, Agosto de 2014 quimicaviva@qb.fcen.uba.ar |
Transformación de la Glucosa Biotecnología
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Fuente: Biotecnología para principiantes - Reinhard Renneberg
Microbiología Industrial Breve Historia
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Breve Historia de la Microbiología Industrial.
Asignatura: Microbiología Industrial.
Grado en Biotecnología.
Profesor: Manuel Sánchez Angulo.
Dpto. de Producción Vegetal y Microbiología.
Área de Microbiología.
Proyecto PLE 2013. Universidad Miguel Hernández de Elche.
Breve Historia de los hitos principales en el desarrollo de la Microbiología Industrial, desde la antigüedad a nuestros días.
Asignatura: Microbiología Industrial.
Grado en Biotecnología.
Profesor: Manuel Sánchez Angulo.
Dpto. de Producción Vegetal y Microbiología.
Área de Microbiología.
Proyecto PLE 2013. Universidad Miguel Hernández de Elche.
Breve Historia de los hitos principales en el desarrollo de la Microbiología Industrial, desde la antigüedad a nuestros días.
Fuente: Universidad Miguel Hernández de Elche
Injectable Nano-Network for Glucose-Mediated Insulin Delivery Pubs.acs.org
Schematic of the glucose-responsive nano-network. (a) Nanoparticles (NPs) encapsulating insulin and glucose-specific enzymes (GOx, glucose oxidase; CAT, catalase) are made of acidic sensitive acetal-modified dextran (b) and coated with chitosan and alginate, respectively. (c) Nano-network (NN) is formed by mixing oppositely charged nanoparticles together and efficiently degrades to release insulin upon the catalytic generation of gluconic acid under hyperglycemic conditions. (d) Schematic of glucose-mediated insulin delivery for type 1 diabetes treatment using the STZ-induced diabetic mice model.
Injectable Nano-Network for Glucose-Mediated Insulin Delivery
Zhen Gu, Alex A. Aimetti, Qun Wang, Tram T. Dang, Yunlong Zhang, Omid Veiseh, Hao Cheng, Robert S. Langer, and Daniel G. Anderson
ACS Nano 2013 7 (5), 4194-4201
Zhen Gu, Alex A. Aimetti, Qun Wang, Tram T. Dang, Yunlong Zhang, Omid Veiseh, Hao Cheng, Robert S. Langer, and Daniel G. Anderson
ACS Nano 2013 7 (5), 4194-4201
Fuente: Pubs.Acs.org
Doug Coleman and Jeffrey Friedman 2010 Lasker Awards
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For the discovery of leptin, a hormone that regulates appetite and body weight;a breakthrough that opened obesity research to molecular exploration.
Fuente: LaskerFoundation
Utilización del Ozono en Ganadería y Agricultura Orgánica Dr. Néstor J. Tonello - Médico Veterinario
El ozono es una variedad alotrópica del oxígeno presente en la estratosfera, donde se forma por la acción de los rayos ultravioletas del sol, ejerciendo acciones directas sobre el ambiente, el agua, los animales, vegetales y en su aplicación en las distintas producciones.
El ozono fue descubierto en 1840 por C hristian F. Schönbein quien asoció el olor producido por descargas eléctricas atmosféricas; con el olor de un gas que se formaba en la electrólisis del H2o, al cual llamó ozono, que en griego significa oloroso.
Se genera por la activación de la molécula diatómica (O2) del oxígeno. Esta activación puede ser provocada por la acción de una descarga eléctrica o por la energía irradiada de los rayos ultravioleta.
Se genera por la activación de la molécula diatómica (O2) del oxígeno. Esta activación puede ser provocada por la acción de una descarga eléctrica o por la energía irradiada de los rayos ultravioleta.
Su generación artificial se realiza mediante la activación del oxígeno del aire por descargas eléctricas de alto voltaje. Esta energía eléctrica rompe la molécula de oxígeno, recombinando sus átomos para formar ozono.
Acciones del Ozono
Sus propiedades altamente oxidantes y su capacidad para romper moléculas con doble enlace y anillos aromáticos mediante el mecanismo denominado ozonólisis, hacen que el ozono tenga tantas aplicaciones como se le atribuyen hoy día.
Acción sobre el ambiente
El ozono introducido en un ambiente cualquiera realiza tres acciones fundamentales:
1. Acción microbicida
Es quizás la propiedad más importante del ozono y por la que más aplicaciones se le atribuyen. El ozono, debido a sus propiedades oxidantes, puede ser considerado como uno de los agentes microbicidas más rápido y eficaz que se conoce. Su acción posee un amplio espectro que engloba la eliminación de:
El ozono posee la propiedad de destruir los malos olores atacando directamente sobre la causa que los provoca y sin añadir ningún otro olor.
3. Acción oxigenante
El ozono, por su mayor poder oxigenante, contribuye a mejorar la eficiencia de las células de los organismos superiores en cuanto al aprovechamiento del oxígeno disponible, mediante la estimulación de varias enzimas que intervienen en estos procesos.
Acción sobre el agua
Sobre el agua potable el ozono tiene un gran efecto desinfectante, dado por su acción microbicida.
Sobre el tratamiento de aguas residuales tiene efectos microbicidas y debido a su fuerte acción oxidante disminuye la demanda química y biológica de oxigeno a cero rápidamente.
La ozonización con altas cargas del agua potable permite el reemplazo del cloro como agente desinfectante ya sea para el lavado de instalaciones, utensilios, maquinarias, productos y alimentos.
Acciones sobre animales y vegetales
En los animales el ozono: aumenta las defensas, mejora la actividad enzimática con fuerte aumento del metabolismo, estimula la captación de oxigeno y la circulación sanguínea, a actúa como revitalizante de los individuos, disminuye la proliferación de enfermedades y disminuye el dolor.
En los vegetales el ozono: mejora el metabolismo de la planta y aumenta las defensas.
Aplicación en las distintas producciones
En producción animal se lo puede utilizar combinado en diferentes formas.
Aplicación Ambiental: muy utilizada en galpones de cría de cerdos, aves, conejos y también en las salas de Incubación. El aire de los ambientes cerrados, especialmente si se amontonan animales siempre en número creciente, se empobrece de oxígeno y se enriquece con sustancias de diversos orígenes. El mal olor que tiene el aire viciado, puede destruirse completamente con el ozono.
El ozono al eliminar o reducir fuertemente el porcentaje bacteriano del aire y las emanaciones amoniacales de los detritos, al regenerar también el oxígeno puro proporciona a las instalaciones y a las granjas una mejora y un beneficio que se aprecia más cuando más aumenta el número de animales amontonados en espacios cada vez menores.
El ozono no es un desinfectante que se administra y que nunca hace bien a los animales, sino que está presente de forma continua durante todo el ciclo de la cría para protegerlos. Puede aumentarse y dosificarse día a día cuando van creciendo los animales, cuando aumentan los productos de excreción, las emanaciones, los peligros epidémicos estacionales. etc.
Los aumentos de peso de estar ozonizada la cría a no estarlo pueden ser de un 15% a un 30%. Es ideal para el tratamiento de cámaras de conservación, de frutas y verduras, como así también de carnes y quesos, disminuyendo las pérdidas considerablemente.
Aguas: Por sus características el ozono es ideal para tratamiento integral de los efluentes, disminuyendo así la emisión de dióxido de carbono, la proliferación de plagas y enfermedades, la contaminación ambiental y de las napas, como así también, el derroche de agua potable.
Estos sistemas permiten la reutilización del agua para consumo animal, limpieza y riego sin riesgos para la salud humana o animal.
El uso de agua fuertemente ozonizada permite la correcta desinfección de instalaciones, y maquinarias. No produce ningún tipo de contaminación ambiental. Es ideal para el lavado de instalaciones de tambos, ubres, maquinarias, etc.
El consumo de agua ozonizada es altamente beneficioso para todos los animales, excepto los rumiantes.
El ozono reemplaza al cloro con innumerables ventajas en el lavado de frutas y verduras, mejorando la conservación de éstas.
El uso en los sistemas de riego por goteo mejora la producción en calidad y cantidad, obteniéndose un mejor color y mayor firmeza tanto en frutas como verduras. Las mejoras en los rindes alcanzan valores superiores al 30%.
Animales: El uso en animales enfermos, se circunscribe a tratamientos individuales. Es sumamente eficaz en el tratamiento de heridas, infecciones locales o generales o problemas de pezuñas y una muy buena herramienta en el tratamiento y prevención de la mastitis. La utilización continua en vacas de tambo mejora los niveles de producción hasta en un 20%.
Autor: Dr. Néstor J. Tonello - Médico Veterinario
Para mayor información:
Tel.: 0351-4619 649
Email: nestortonello@hotmail.com
Fuente: Movimiento Argentino para la Producción Orgánica
Acciones del Ozono
Sus propiedades altamente oxidantes y su capacidad para romper moléculas con doble enlace y anillos aromáticos mediante el mecanismo denominado ozonólisis, hacen que el ozono tenga tantas aplicaciones como se le atribuyen hoy día.
Acción sobre el ambiente
El ozono introducido en un ambiente cualquiera realiza tres acciones fundamentales:
1. Acción microbicida
Es quizás la propiedad más importante del ozono y por la que más aplicaciones se le atribuyen. El ozono, debido a sus propiedades oxidantes, puede ser considerado como uno de los agentes microbicidas más rápido y eficaz que se conoce. Su acción posee un amplio espectro que engloba la eliminación de:
- a) Bacterias (efecto bactericida)
b) Virus (efecto viricida)
e) Hongos (efecto fungicida)
d) Esporas (efecto esporicida)
El ozono posee la propiedad de destruir los malos olores atacando directamente sobre la causa que los provoca y sin añadir ningún otro olor.
3. Acción oxigenante
El ozono, por su mayor poder oxigenante, contribuye a mejorar la eficiencia de las células de los organismos superiores en cuanto al aprovechamiento del oxígeno disponible, mediante la estimulación de varias enzimas que intervienen en estos procesos.
Acción sobre el agua
Sobre el agua potable el ozono tiene un gran efecto desinfectante, dado por su acción microbicida.
Sobre el tratamiento de aguas residuales tiene efectos microbicidas y debido a su fuerte acción oxidante disminuye la demanda química y biológica de oxigeno a cero rápidamente.
La ozonización con altas cargas del agua potable permite el reemplazo del cloro como agente desinfectante ya sea para el lavado de instalaciones, utensilios, maquinarias, productos y alimentos.
Acciones sobre animales y vegetales
En los animales el ozono: aumenta las defensas, mejora la actividad enzimática con fuerte aumento del metabolismo, estimula la captación de oxigeno y la circulación sanguínea, a actúa como revitalizante de los individuos, disminuye la proliferación de enfermedades y disminuye el dolor.
En los vegetales el ozono: mejora el metabolismo de la planta y aumenta las defensas.Aplicación en las distintas producciones
En producción animal se lo puede utilizar combinado en diferentes formas.
Aplicación Ambiental: muy utilizada en galpones de cría de cerdos, aves, conejos y también en las salas de Incubación. El aire de los ambientes cerrados, especialmente si se amontonan animales siempre en número creciente, se empobrece de oxígeno y se enriquece con sustancias de diversos orígenes. El mal olor que tiene el aire viciado, puede destruirse completamente con el ozono.
El ozono al eliminar o reducir fuertemente el porcentaje bacteriano del aire y las emanaciones amoniacales de los detritos, al regenerar también el oxígeno puro proporciona a las instalaciones y a las granjas una mejora y un beneficio que se aprecia más cuando más aumenta el número de animales amontonados en espacios cada vez menores.
El ozono no es un desinfectante que se administra y que nunca hace bien a los animales, sino que está presente de forma continua durante todo el ciclo de la cría para protegerlos. Puede aumentarse y dosificarse día a día cuando van creciendo los animales, cuando aumentan los productos de excreción, las emanaciones, los peligros epidémicos estacionales. etc.
Los aumentos de peso de estar ozonizada la cría a no estarlo pueden ser de un 15% a un 30%. Es ideal para el tratamiento de cámaras de conservación, de frutas y verduras, como así también de carnes y quesos, disminuyendo las pérdidas considerablemente.
Aguas: Por sus características el ozono es ideal para tratamiento integral de los efluentes, disminuyendo así la emisión de dióxido de carbono, la proliferación de plagas y enfermedades, la contaminación ambiental y de las napas, como así también, el derroche de agua potable.
Estos sistemas permiten la reutilización del agua para consumo animal, limpieza y riego sin riesgos para la salud humana o animal.
El uso de agua fuertemente ozonizada permite la correcta desinfección de instalaciones, y maquinarias. No produce ningún tipo de contaminación ambiental. Es ideal para el lavado de instalaciones de tambos, ubres, maquinarias, etc.
El consumo de agua ozonizada es altamente beneficioso para todos los animales, excepto los rumiantes.
El ozono reemplaza al cloro con innumerables ventajas en el lavado de frutas y verduras, mejorando la conservación de éstas.
El uso en los sistemas de riego por goteo mejora la producción en calidad y cantidad, obteniéndose un mejor color y mayor firmeza tanto en frutas como verduras. Las mejoras en los rindes alcanzan valores superiores al 30%.Animales: El uso en animales enfermos, se circunscribe a tratamientos individuales. Es sumamente eficaz en el tratamiento de heridas, infecciones locales o generales o problemas de pezuñas y una muy buena herramienta en el tratamiento y prevención de la mastitis. La utilización continua en vacas de tambo mejora los niveles de producción hasta en un 20%.
Autor: Dr. Néstor J. Tonello - Médico Veterinario
Para mayor información:
Tel.: 0351-4619 649
Email: nestortonello@hotmail.com
Fuente: Movimiento Argentino para la Producción Orgánica
Enfermedades Alimentarias Microbiología Industrial y Alimentaria
Hector Massaguer
Se conoce como enfermedad alimentaria cualquier enfermedad relacionada con la alimentación. Nos centraremos en intoxicaciones e infecciones alimentarias. Puede haber enfermedades relacionadas con el sistema inmunológico. Normalmente las enfermedades alimentarias suelen afectar al sistema digestivo, pero también pueden afectar a otros sistemas.
Los síntomas más comunes son:
Intoxicaciones alimentarias- Dolor abdominal: en el abdomen hay pocas terminaciones nerviosas, por lo que el dolor será algo importante
- Vómito: acto reflejo, coordinado por el cerebro. Está conectado mediante el nervio vago al estómago. Algunas toxinas pueden provocar la émesis, ya que actuarán sobre esas terminaciones nerviosas
- Diarrea: pérdida de agua y electrolitos, que si no se compensa puede llegar a producir la muerte. Puede ser a causa de toxinas o a causa de proliferaciones invasivas
Se deberá a la ingesta de algún producto tóxico o venenoso. En este caso no hay tiempo de incubación. Existen de dos tipos:
Químicas
Están producidos por sustancias químicas que por error se incorporaron al alimento que pasará al consumidor.
Algunos ejemplos pueden ser las dioxinas, aceite de colza,...
Existen muchos productos que pueden actuar como tóxicos. Cuando la sustancia está incorporada ya, será difícil de eliminar, por lo que se acabará destruyendo.
Biológicas
La sustancia tóxica la produce un organismo. Pueden tener diferentes orígenes:
Se dará la infección y la proliferación de los patógenos. El alimento podrá ser tan solo un vector, donde no será necesario que se replique el organismo, o bien podrá multiplicarse en el alimento.
Hablaremos de toxoinfecciones alimentarias cuando el organismo además libere una toxina en el alimento. Normalmente las enfermedades alimentarias suelen afectar al sistema digestivo, pero también pueden afectar a otros sistemas, como pueden ser el muscular, nervioso, linfático,...
Será necesario un tiempo de proliferación inicial. El agente causal puede ser muy variado.
Virus
Hay más de 150 virus entéricos diferentes que pueden usar los alimentos como vectores. Los más comunes son:
Bacterias
Salmonelosis y Shigelosis
Representan un alto porcentaje de las enfermedades detectadas. Se ocasionan en carnes de aves, huevos,....
Vibriosis
No consideraremos el cólera, porque no es alimentaria.
El ambiente normal de estos organismos es el mar, por lo que muchos productos marinos podrán infectarse, de manera que al ingerir esos productos sin cocinar se correrá un riesgo.
Campylobacter
Su importancia está en aumento en los últimos tiempos, debido al consumo masivo de carne de aves. Está presente actualmente en casi el 100% de los pollos.
Yersinia
Su importancia está aumentando actualmente.
Se trata de un organismo psicrófilo, que vive normalmente en el medio ambiente. Su proliferación es debida al aumento de alimentos refrigerados.
Enterobacterias
Muchas bacterias nuevas, pero también E.coli. La diferencia en los serotipos o en los antígenos provocará la enterotoxicidad. La cepa más peligrosa es E.coli O157:H7, que crece en vacas y puede aparecer en productos derivados de ellas.
Listeriosis
Está en la naturaleza de manera natural, pero será a partir de la conservación del forraje que proliferará Listeria. Una vez en el establo se podrán contaminar los animales, vacas principalmente, y sus productos derivados, como leche, quesos,.... Tiene dos grupos de especial riesgo: las mujeres embarazadas, ya que es fatal para el feto y las personas de edad. No todas las infecciones provocan la enfermedad.
Tuberculosis
Ocasionada por Mycobacterium, que tiene especies muy importantes. Son bacterias muy resistentes a ciertos tratamientos, como el calor. La importancia de Mycobacterium en las bioinfecciones alimentarias está en estudio aun.
Químicas
Están producidos por sustancias químicas que por error se incorporaron al alimento que pasará al consumidor.
Algunos ejemplos pueden ser las dioxinas, aceite de colza,...
Existen muchos productos que pueden actuar como tóxicos. Cuando la sustancia está incorporada ya, será difícil de eliminar, por lo que se acabará destruyendo.
Biológicas
La sustancia tóxica la produce un organismo. Pueden tener diferentes orígenes:
- Animales: algunos animales pueden ser tóxicos para el consumo humano
- Vegetales: existen algunas plantas que son tóxicas para el ser humano
- Microorganismos: dentro de este grupo podemos distinguir 3 grupos más:
Algas
En España gran parte del agua viene de embalses. Se pueden dar blooms algales, como pueden ser cianofíceas, algas azules, o dinoflagelados, mareas rojas, que podrán contener algas toxigénicas.
Es muy importante la buena gestión de los embalses.
Hongos
Las micotoxinas son sustancias tóxicas de los hongos. Son metabolitos secundarios, que son toxigénicos. Algunos hongos pueden producir sustancias toxigénicas o cancerígenas, y tendrán efectos acumulativos.
En alimentos en mala conservación se puede dar la proliferación de hongos, que a su vez producirán micotoxinas.
Con los productos fermentados puede haber también problemas. A nivel industrial no hay riesgos, pero con los quesos o embutidos artesanales puede haber también problemas.
Bacterias
Son producidas por diferentes genes bacterianos. Pueden darse intoxicaciones por diferentes géneros, en función de las condiciones:- Por Clostridium, en condiciones de anaerobiosis
- Estafilococcicas, S.aureus en alimentos preparados
- Por Bacillus, requiere un ambiente rico en hidratos de carbono
Se dará la infección y la proliferación de los patógenos. El alimento podrá ser tan solo un vector, donde no será necesario que se replique el organismo, o bien podrá multiplicarse en el alimento.
Hablaremos de toxoinfecciones alimentarias cuando el organismo además libere una toxina en el alimento. Normalmente las enfermedades alimentarias suelen afectar al sistema digestivo, pero también pueden afectar a otros sistemas, como pueden ser el muscular, nervioso, linfático,...
Será necesario un tiempo de proliferación inicial. El agente causal puede ser muy variado.Virus
Hay más de 150 virus entéricos diferentes que pueden usar los alimentos como vectores. Los más comunes son:
- Hepatitis A, en proceso de exclusión.
- Rotavirus, provocan las diarreas infantiles.
- Calicivirus
Bacterias
Salmonelosis y Shigelosis
Representan un alto porcentaje de las enfermedades detectadas. Se ocasionan en carnes de aves, huevos,....
Vibriosis
No consideraremos el cólera, porque no es alimentaria.
El ambiente normal de estos organismos es el mar, por lo que muchos productos marinos podrán infectarse, de manera que al ingerir esos productos sin cocinar se correrá un riesgo.
Campylobacter
Su importancia está en aumento en los últimos tiempos, debido al consumo masivo de carne de aves. Está presente actualmente en casi el 100% de los pollos.
Yersinia
Su importancia está aumentando actualmente.
Se trata de un organismo psicrófilo, que vive normalmente en el medio ambiente. Su proliferación es debida al aumento de alimentos refrigerados.
Enterobacterias
Muchas bacterias nuevas, pero también E.coli. La diferencia en los serotipos o en los antígenos provocará la enterotoxicidad. La cepa más peligrosa es E.coli O157:H7, que crece en vacas y puede aparecer en productos derivados de ellas.
Listeriosis
Está en la naturaleza de manera natural, pero será a partir de la conservación del forraje que proliferará Listeria. Una vez en el establo se podrán contaminar los animales, vacas principalmente, y sus productos derivados, como leche, quesos,.... Tiene dos grupos de especial riesgo: las mujeres embarazadas, ya que es fatal para el feto y las personas de edad. No todas las infecciones provocan la enfermedad.
Tuberculosis
Ocasionada por Mycobacterium, que tiene especies muy importantes. Son bacterias muy resistentes a ciertos tratamientos, como el calor. La importancia de Mycobacterium en las bioinfecciones alimentarias está en estudio aun.
Ver también: Parte I | Parte II | Parte III | Parte IV | Parte V | Parte VI | Parte VII | Parte VIII | Parte IX | Parte X | Parte XI | Parte XII | Parte XIII | Parte XIV | Parte XV | Parte XVI
Biotecnología y Nuevos Alimentos Gianfranco Grompone
El 22 de setiembre de 2009 tuvo lugar en el Auditorio de la Facultad de Ingeniería la conferencia "Biotecnología y nuevos alimentos", a cargo del Dr. Gianfranco Grompone, Responsable de la Unidad de Valorización del Institut Pasteur de Montevideo; Dra. Mary Lopretti, Jefa del Departamento de Bioprocesos y Biotecnología del LATU; y Dra. Caterina Rufo, Responsable del Área de Alimentos del Polo Tecnológico de la Facultad de Química de la Universidad de la República. Esta conferencia integra el ciclo de charlas biotecnológicas, en el marco del lanzamiento de la Licenciatura en Biotecnología.
Gianfranco Grompone. PhD. in Biochemistry, Molecular and Cell Biology, Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Rennes (ENSAR), Francia. Gerente, Grupo de Biología Celular, Danone Research, Francia. Responsable de la Unidad de Valorización, Institut Pasteur de Montevideo.
Fuente: Facultad de Ingeniería - Universidad ORT Uruguay
Logran Cultivos más Productivos Por Nora Bär
Una frase atribuida a Edison asegura que el genio consiste en un 1% de inspiración y un 99% de transpiración. Y otra, atribuida a Pasteur, que la suerte favorece a los espíritus preparados.
Ambos conceptos se aplican a un notable avance de científicos argentinos dado a conocer ayer: un grupo del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral, liderado por la doctora Raquel Chan, generó plantas de soja, maíz y trigo que no sólo son resistentes a la sequía y la salinidad, sino que además son entre un 20 y un 30% más productivas, insertándoles un gen (el HAHB-4) descubierto en el girasol.
El desarrollo fue patentado por el Conicet y la Universidad del Litoral, y la empresa Bioceres obtuvo la licencia de su uso y explotación por 20 años. Es decir, que los organismos estatales recibirán regalías por cada semilla vendida una vez que empiece a comercializarse, alrededor de 2014, cuando se hayan concluido los trámites regulatorios.
El desarrollo fue patentado por el Conicet y la Universidad del Litoral, y la empresa Bioceres obtuvo la licencia de su uso y explotación por 20 años. Es decir, que los organismos estatales recibirán regalías por cada semilla vendida una vez que empiece a comercializarse, alrededor de 2014, cuando se hayan concluido los trámites regulatorios.
"Dado el volumen que tiene la producción de estos tres cultivos, cualquier variación implica miles de millones de dólares de ingresos", dijo el ministro de Ciencia, Lino Barañao, durante la presentación. Según las estimaciones, de mantenerse los valores de la cosecha 2010/2011 y calculando una mejora del 20% en el rendimiento y un 5% de aumento de la superficie cultivable, los beneficios económicos podrían rondar los 10.000 millones de dólares.
Raquel Chan, doctorada en química en Rosario y posdoctorada en Francia, regresó al país en 1993, y desde entonces se abocó a este tema. "Comenzamos por estudiar los genes de la respuesta al estrés -contó la investigadora, que a lo largo de todos estos años lideró un equipo de alrededor de seis personas, en el que se formaron numerosos becarios doctorales y posdoctorales-. Hubo muchísimas contribuciones. Nosotros hicimos las construcciones [genéticas] y las transformaciones." Bioceres hizo las pruebas de campo en un número importante de hectáreas y decenas de miles de plantas.
Este logro alcanza una relevancia inusual si se tiene en cuenta que, de acuerdo con lo publicado en la literatura científica, no existe otro gen de resistencia a la sequía que haya conferido también un aumento de productividad.
"La revista Nature Biotechnology publicó no hace mucho 25 eventos de modificación genética para conferir resistencia al estrés hídrico -explicó Chan-. En todos los casos, cuando esas plantas recibían cantidades normales de agua, su productividad se reducía. En cambio, este gen no sólo no genera merma en el rendimiento, sino que lo aumenta."
Tras cuatro años de pruebas a campo, la mejora en los rindes oscila entre el 10% y el 100% dependiendo del tipo de cultivo, la calidad y el lugar donde se plante, tanto como de los factores climáticos. "En general, los mayores aumentos se dan en condiciones de sequía extrema -dijo Chan-, pero como todavía no los replicamos, preferimos ser cautos y calcular aumentos de entre un 20 y un 30%."
Según explicaron Chan y el doctor Alejandro Mentaberry, biotecnólogo vegetal y nuevo jefe de gabinete del Ministerio, para realizar la modificación genética se aisló el gen de interés más las regiones reguladoras, y se insertó ese segmento de ADN en el genoma de las plantas de soja, maíz y trigo mediante distintas tecnologías. "Lo que nos resultó más efectivo fue utilizar una bacteria como vector", contó la investigadora.
"La planta está sometida a distintos tipos de estrés -explicó Mentaberry-. Este gen lo que hace es desacoplar el programa de acumulación en la semilla de las condiciones hídricas. Por más que haya estrés, no «acusa recibo» y sigue llenando el grano."
Tiempo de cosecha
Más allá de los beneficios evidentes, la importancia de este logro se acrecienta si se tiene en cuenta que esta tecnología permitirá desarrollar una batería de variedades vegetales aptas para enfrentar los desafíos que plantea el cambio climático y las necesidades de una población global que para 2050 podría alcanzar los nueve mil millones de personas.
"Para ese momento, el mundo deberá producir un 70% más de alimentos -dijo Barañao-, y no hay un 70% más de tierra disponible. De modo que aumentar la productividad de los cultivos es uno de los retos más urgentes que tenemos por delante."
Y enseguida agregó: "Este avance cambia la ubicación de la Argentina en el panorama global. Siempre se nos vio como un país que tiene agua, luz y tierra. Ahora, estamos incorporando recursos intelectuales, que son renovables, pero requieren tiempo y cuidado para que expresen su máximo potencial. Esto nos puede garantizar no sólo un lugar en las publicaciones internacionales, sino también ganancias. Es algo que esperamos que se repita ahora que estamos en condiciones de cosechar la inversión que venimos haciendo".
Editora de la sección Ciencia/Salud de LA NACION, Nora Bär se incorporó en 1990 a la Redacción del diario, aunque comenzó como colaboradora en 1980, siempre en su especialidad, el periodismo científico. Nació en Buenos Aires en 1951, fue maestra, estudió la carrera de Letras y de traductorado del francés en la Universidad de Buenos Aires y tiene cuatro hijos. Pertenece a la International Science Writers Association y es columnista de varios programas radiales. En 1997 obtuvo el diploma al mérito en divulgación científica otorgado por la Fundación Konex. En 2002, se incorporó a la Academia Nacional de Periodismo.
Raquel Chan, doctorada en química en Rosario y posdoctorada en Francia, regresó al país en 1993, y desde entonces se abocó a este tema. "Comenzamos por estudiar los genes de la respuesta al estrés -contó la investigadora, que a lo largo de todos estos años lideró un equipo de alrededor de seis personas, en el que se formaron numerosos becarios doctorales y posdoctorales-. Hubo muchísimas contribuciones. Nosotros hicimos las construcciones [genéticas] y las transformaciones." Bioceres hizo las pruebas de campo en un número importante de hectáreas y decenas de miles de plantas.
Este logro alcanza una relevancia inusual si se tiene en cuenta que, de acuerdo con lo publicado en la literatura científica, no existe otro gen de resistencia a la sequía que haya conferido también un aumento de productividad.
"La revista Nature Biotechnology publicó no hace mucho 25 eventos de modificación genética para conferir resistencia al estrés hídrico -explicó Chan-. En todos los casos, cuando esas plantas recibían cantidades normales de agua, su productividad se reducía. En cambio, este gen no sólo no genera merma en el rendimiento, sino que lo aumenta."
Tras cuatro años de pruebas a campo, la mejora en los rindes oscila entre el 10% y el 100% dependiendo del tipo de cultivo, la calidad y el lugar donde se plante, tanto como de los factores climáticos. "En general, los mayores aumentos se dan en condiciones de sequía extrema -dijo Chan-, pero como todavía no los replicamos, preferimos ser cautos y calcular aumentos de entre un 20 y un 30%."
Según explicaron Chan y el doctor Alejandro Mentaberry, biotecnólogo vegetal y nuevo jefe de gabinete del Ministerio, para realizar la modificación genética se aisló el gen de interés más las regiones reguladoras, y se insertó ese segmento de ADN en el genoma de las plantas de soja, maíz y trigo mediante distintas tecnologías. "Lo que nos resultó más efectivo fue utilizar una bacteria como vector", contó la investigadora.
"La planta está sometida a distintos tipos de estrés -explicó Mentaberry-. Este gen lo que hace es desacoplar el programa de acumulación en la semilla de las condiciones hídricas. Por más que haya estrés, no «acusa recibo» y sigue llenando el grano."
Tiempo de cosecha
Más allá de los beneficios evidentes, la importancia de este logro se acrecienta si se tiene en cuenta que esta tecnología permitirá desarrollar una batería de variedades vegetales aptas para enfrentar los desafíos que plantea el cambio climático y las necesidades de una población global que para 2050 podría alcanzar los nueve mil millones de personas.
"Para ese momento, el mundo deberá producir un 70% más de alimentos -dijo Barañao-, y no hay un 70% más de tierra disponible. De modo que aumentar la productividad de los cultivos es uno de los retos más urgentes que tenemos por delante."
Y enseguida agregó: "Este avance cambia la ubicación de la Argentina en el panorama global. Siempre se nos vio como un país que tiene agua, luz y tierra. Ahora, estamos incorporando recursos intelectuales, que son renovables, pero requieren tiempo y cuidado para que expresen su máximo potencial. Esto nos puede garantizar no sólo un lugar en las publicaciones internacionales, sino también ganancias. Es algo que esperamos que se repita ahora que estamos en condiciones de cosechar la inversión que venimos haciendo".
Editora de la sección Ciencia/Salud de LA NACION, Nora Bär se incorporó en 1990 a la Redacción del diario, aunque comenzó como colaboradora en 1980, siempre en su especialidad, el periodismo científico. Nació en Buenos Aires en 1951, fue maestra, estudió la carrera de Letras y de traductorado del francés en la Universidad de Buenos Aires y tiene cuatro hijos. Pertenece a la International Science Writers Association y es columnista de varios programas radiales. En 1997 obtuvo el diploma al mérito en divulgación científica otorgado por la Fundación Konex. En 2002, se incorporó a la Academia Nacional de Periodismo.
Factores de Transcripción utilizados como herramientas biotecnológicas
M. Noelia Muñiz García y D. Andrea Capiati
Introducción
Las condiciones ambientales adversas, principalmente la sequía, representan la principal causa de pérdidas de productividad en los cultivos [1]. El problema de la sequía se ha agravado en los últimos años en muchas regiones del mundo por el cambio climático y la desertización. La agricultura consume la mayor parte del agua del planeta, y en las regiones más áridas el uso de agua para la agricultura puede llegar al 90 por ciento del consumo. Es claro que se necesita mejorar la eficiencia del uso del agua en la agricultura. El desarrollo de cultivos más tolerantes a la sequía mediante ingeniería genética constituye una importante estrategia para enfrentar la demanda mundial de alimento con una menor cantidad de agua.
La comprensión de los mecanismos moleculares a través de los cuales las plantas perciben el estrés y transducen esta señal dentro de las células para generar respuestas adaptativas es vital para diseñar estrategias que permitan mejorar la tolerancia al estrés de los cultivos. La vía de transducción de señales comienza con la percepción de la señal (a través de sensores aún no identificados) y continúa con la generación de segundos mensajeros como el calcio, fosfoinosítidos, especies reactivas del oxígeno (ROS) y la activación de cascadas de fosforilación de proteínas. Estas vías tienen como blanco final factores de transcripción que controlan la expresión de genes de respuesta a estrés (Figura 1). Los productos de estos genes contribuyen a proteger y reparar las células del daño causado por el estrés, o bien participan en la generación de moléculas regulatorias, principalmente el ácido abscísico (ABA). El ABA, a su vez inicia una segunda ronda de señalización que sigue el mismo mecanismo descripto, pero difiere temporal y espacialmente del primero [2, 3]. El ABA es una hormona vegetal que cumple una importante función en la adaptación a la sequía y alta salinidad regulando la expresión de muchos genes involucrados en la tolerancia a la deshidratación de tejidos vegetativos y semillas [4, 2].
En los últimos años, la biotecnología ha logrado grandes avances en la producción de plantas tolerantes a diversos estreses abióticos (causados por condiciones ambientales adversas). En los comienzos, se utilizaron genes que codifican diferentes proteínas involucradas en la protección y reparación del daño celular, como enzimas de la biosíntesis de moléculas osmoprotectoras, lográndose buenos resultados [5]. Sin embargo, el uso de genes reguladores, como los factores de transcripción, parece ser un enfoque más efectivo en la producción de plantas tolerantes al estrés, ya que un solo gen regulador puede alterar la expresión de un gran número de genes que cumplen funciones de protección y reparación, generando una respuesta mucho más amplia y eficaz [6].
Factores de transcripción que controlan genes de respuesta al estrés hídrico
La transcripción de un gen se inicia cuando el complejo de iniciación de la transcripción, que incluye la ARN polimerasa, se une a la secuencia TATA box del promotor. El complejo de iniciación de la transcripción es regulado por factores de transcripción que interaccionan con secuencias específicas del promotor (elementos de respuesta o elementos regulatorios), y que a su vez son activados o reprimidos por estímulos ambientales u hormonales (Figura 2). El estrés hídrico regula los factores de transcripción por inducción de sus genes, activación de sus proteínas (por ejemplo, por fosforilación), o degradación a través del sistema de proteasoma. De esta manera, los factores de transcripción actúan como llaves moleculares para la expresión de los genes de respuesta a estrés [7].
Se han identificado cuatro grupos principales de factores de trascripción involucrados en la regulación de genes de repuesta al estrés hídrico en plantas [2] (Figura 3):
En los últimos años, la biotecnología ha logrado grandes avances en la producción de plantas tolerantes a diversos estreses abióticos (causados por condiciones ambientales adversas). En los comienzos, se utilizaron genes que codifican diferentes proteínas involucradas en la protección y reparación del daño celular, como enzimas de la biosíntesis de moléculas osmoprotectoras, lográndose buenos resultados [5]. Sin embargo, el uso de genes reguladores, como los factores de transcripción, parece ser un enfoque más efectivo en la producción de plantas tolerantes al estrés, ya que un solo gen regulador puede alterar la expresión de un gran número de genes que cumplen funciones de protección y reparación, generando una respuesta mucho más amplia y eficaz [6].
Factores de transcripción que controlan genes de respuesta al estrés hídrico
La transcripción de un gen se inicia cuando el complejo de iniciación de la transcripción, que incluye la ARN polimerasa, se une a la secuencia TATA box del promotor. El complejo de iniciación de la transcripción es regulado por factores de transcripción que interaccionan con secuencias específicas del promotor (elementos de respuesta o elementos regulatorios), y que a su vez son activados o reprimidos por estímulos ambientales u hormonales (Figura 2). El estrés hídrico regula los factores de transcripción por inducción de sus genes, activación de sus proteínas (por ejemplo, por fosforilación), o degradación a través del sistema de proteasoma. De esta manera, los factores de transcripción actúan como llaves moleculares para la expresión de los genes de respuesta a estrés [7].
Se han identificado cuatro grupos principales de factores de trascripción involucrados en la regulación de genes de repuesta al estrés hídrico en plantas [2] (Figura 3):
- AREB/ABF (ABA-responsive element-binding protein/ABRE-binding factor)
- MYC/MYB
- DREB/CBF (DRE-binding protein/C-repeat-binding factor)
- NAC y ZF-HD (zincfinger homeodomain)
Muchos de estos factores han sido utilizados en diversas especies vegetales para incrementar la tolerancia al estrés hídrico; algunos ejemplos se mencionan a continuación.
Factores de transcripción AREB/ABF
Los niveles de ABA aumentan significativamente durante el estrés hídrico. Además de provocar el cierre de los estomas, para evitar la pérdida de agua, el ABA induce la expresión de numerosos genes involucrados en la adaptación al estrés [8, 9]. Los promotores de muchos de estos genes contienen el elemento de respuesta ABRE, que es una secuencia reconocida por los factores de transcripción AREB/ABF. Éstos son los principales reguladores de la expresión de genes dependiente de ABA. Estos factores de transcripción pertenecen a la clase bZIP (basic leucine zipper). Los factores de transcripción AREB/ABF han sido descriptos en la planta modelo Arabidopsis thaliana [10, 11] y en otras especies vegetales como arroz (Oryza sativa) [12], trigo (Triticum aestivum) [13], cebada (Hordeum vulgare) [14], tomate (Solanum lycopersicum) [15, 16] y papa (Solanum tuberosum) [17]. La expresión de los genes AREB/ABF es inducida por estrés hídrico y ABA. Las proteínas ABF/AREB deben ser activadas por fosforilación de manera dependiente de ABA. Las enzimas que fosforilan estos factores de transcripción son las quinasas SnRK2s (SNF1-related protein kinase subfamily 2) [18] y CDPKs (calcium-dependent protein kinases) [19, 17].
La sobre-expresión de genes AREB/ABF en Arabidopsis aumentó la tolerancia al estrés hídrico como resultado de la inducción de numerosos genes de respuesta a estrés, aunque se observó una inhibición del crecimiento de la planta [20, 21]. La triple mutante areb1 areb2 abf3 de Arabidospsis mostró una tolerancia muy reducida a la sequía. El análisis transcriptómico de las plantas expuestas a sequía reveló que 58 genes presentan niveles de expresión reducidos en la triple mutante con respecto a las plantas salvajes [22]. Muchos de estos genes son inducidos normalmente por ABA y/o estrés hídrico causado por sequía o alta salinidad. Estos resultados indican que los factores de transcripción AREB/ABF cumplen una importante función en la regulación de la expresión de genes de respuesta a estrés hídrico de manera dependiente de ABA.
En especies de interés agronómico estos genes no han sido ampliamente estudiados en cuanto a su potencial para generar cultivos resistentes a estrés abiótico, posiblemente debido a que existen evidencias de que la tolerancia a estrés hídrico mediada por ABA genera una pérdida de productividad intrínseca por el cierre estomático (debido a una baja producción de fotosintatos por disminución de la fijación de CO2). Sin embargo, se demostró que la expresión del gen ABF3 de Arabidopsis en arroz incrementó la tolerancia al estrés abiótico sin causar inhibición del crecimiento o alteraciones fenotípicas visibles [23]. Recientemente, se ha descripto que la sobre-expresión de SlAREB1 en plantas de tomate da como resultado un aumento de la tolerancia al estrés hídrico sin afectar su crecimiento [16]. Estos resultados sugieren que los genes AREB/ABF pueden ser buenos candidatos para ser utilizados como herramienta biotecnológica, pero es necesario analizarlos de manera independiente en cada especie, ya que no todas las plantas responden de la misma manera a su sobre-expresión o la expresión de genes AREB/ABF exógenos.
Factores de transcripción MYC/MYB
Las familias de proteínas MYC/MYB se encuentran tanto en plantas como en animales y tienen diversas funciones. En plantas, algunos factores de transcripción MYC/MYB participan en la activación de la transcripción de genes de respuesta a estrés hídrico de manera dependiente de ABA [2]. MYC y MYB funcionan cooperativamente para la activación de la expresión de genes, uniéndose a los elementos de respuesta MYCR y MYBR (MYC, MYB recognition sites), respectivamente [24].
Se ha descripto que la sobre-expresión de AtMYB15 aumentó la tolerancia al estrés hídrico en Arabidopsis [25]. Resultados similares se observaron en plantas que sobre-expresan AtMYB2, AtMYC2 o ambos genes [24]. En todos los casos, se observó además la inducción de genes de respuesta a estrés. Al igual que los genes AREB/ABF, la sobre-expresión de algunos genes MYC/MYB causó una inhibición del crecimiento en Arabidopsis [26]. Los genes MYC y MYB han sido utilizados en algunas especies de interés agronómico. La sobre-expresión de StMYB1R-1 en plantas de papa incrementó la tolerancia a la sequía sin afectar significativamente su productividad [27]. En arroz, la sobre-expresión de OsMYB3R-2 incrementó la tolerancia al estrés hídrico [28]. El gen de arroz OsMYB4 fue utilizado en varias especies, como el tomate, obteniéndose distintos grados de tolerancia a la sequía dependiendo de la especie [29].
Factores de transcripción DREB/CBF
Las proteínas DREB/CBF son factores de transcripción de tipo AP2/ERF de plantas que inducen un conjunto de genes de respuesta a estrés abiótico. Cumplen una importante función en las vías de señalización independientes de ABA [2]. Estos factores de transcripción se dividen en dos subgrupos: DREB1/CBF y DREB2. La expresión de los genes DREB1/CBF (DREB1B/CBF1, DREB1A/CBF3 y DREB1C/CBF2 en Arabidopsis) es inducida por frío, mientras que la expresión de los genes DREB2 (DREB2A y DREB2B en Arabidopsis) es inducida por estrés hídrico [30]; sin embargo, las proteínas de ambos subgrupos se unen al elemento de respuesta DRE/CRT (dehydration-responsive element/C-repeat), indicando la existencia de un entrecruzamiento entre la expresión de genes inducida por frío y sequía, a través del elemento DRE/CRT [7]. Por este motivo, ambos subgrupos han sido útiles para incrementar la tolerancia tanto a la sequía como al frío. Genes homólogos a DREB1 y DREB2 han sido identificados en varias especies de interés agronómico [31].
La sobre-expresión de los genes DREB1/CBF en Arabidopsis incrementó la tolerancia al estrés hídrico y frío y esto se correlacionó con un aumento en los niveles de transcriptos que codifican proteínas asociadas a la adaptación al estrés [32, 33]. El análisis transcriptómico demostró que aproximadamente 30 genes son inducidos en respuesta a la sobre-expresión de DREB1B/CBF1, DREB1A/CBF3 o DREB1C/CBF2 [33].
La sobre-expresión del gen DREB1A es una estrategia muy utilizada. Con ello se ha logrado activar la expresión de numerosos genes de respuesta a estrés dando como resultado plantas más tolerantes al frío y al estrés hídrico [34]. DREB1A ha demostrado ser efectivo en numerosas especies. La sobre-expresión del DREB1A/CBF3 de Arabidopsis en papa, tabaco, trigo y arroz incrementó la tolerancia a la sequía [35, 36, 23]. También los genes DREB de otras especies han mostrado ser eficientes. Por ejemplo, plantas de arroz que sobreexpresan el gen DREB1A propio resultaron más tolerantes al estrés hídrico y al frío [37].
Factores de transcripción NAC y ZF-HD
Además de los descriptos, el estrés hídrico activa varios otros factores de transcripción, incluyendo los factores de transcripción NAC y las proteínas zinc finger homeodomain (ZF-HD). Las proteínas ZFHD1 se unen al elemento de repuesta ZFHDR, mientras que las proteínas NAC se unen al elemento de respuesta NACRS (NAC recognized sequence) [38, 39]. La familia de genes NAC tiene 106 y 149 miembros en Arabidopsis y arroz, respectivamente [40, 41]. La sobre-expresión de los genes NAC ANAC019, ANAC055 y ANAC072 en Arabidopsis incrementó la tolerancia a la sequía [38] mientras que en arroz, la sobre-expresión de SNAC1 o de OsNAC6/SNAC2 resultó en una tolerancia aumentada al estrés hídrico [42-44].
Conclusiones
Considerando que la población mundial podría llegar a 9 mil millones para el año 2050, es necesario incrementar la productividad agronómica para abastecer la futura demanda de alimento. El avance en el conocimiento de los mecanismos moleculares de respuesta a estrés hídrico ha facilitado herramientas para diseñar estrategias biotecnológicas que permiten aumentar la tolerancia y la productividad de los cultivos en condiciones de sequía o con un menor requerimiento de agua. Particularmente, en este artículo se resumieron las funciones de los principales factores de transcripción que regulan conjuntos de genes de respuesta a estrés y su utilización para aumentar la tolerancia a la sequía en especies de interés agronómico. El análisis funcional de estos factores de transcripción aportará nuevos conocimientos acerca de los complejos mecanismos de regulación de las respuestas a estrés y del entrecruzamiento de las vías de señalización que activan estas respuestas, que serán útiles al momento de diseñar las estrategias para generar cultivos tolerantes a la sequía y otros estreses abióticos que afecten su productividad.
Referencias
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Factores de transcripción AREB/ABF
Los niveles de ABA aumentan significativamente durante el estrés hídrico. Además de provocar el cierre de los estomas, para evitar la pérdida de agua, el ABA induce la expresión de numerosos genes involucrados en la adaptación al estrés [8, 9]. Los promotores de muchos de estos genes contienen el elemento de respuesta ABRE, que es una secuencia reconocida por los factores de transcripción AREB/ABF. Éstos son los principales reguladores de la expresión de genes dependiente de ABA. Estos factores de transcripción pertenecen a la clase bZIP (basic leucine zipper). Los factores de transcripción AREB/ABF han sido descriptos en la planta modelo Arabidopsis thaliana [10, 11] y en otras especies vegetales como arroz (Oryza sativa) [12], trigo (Triticum aestivum) [13], cebada (Hordeum vulgare) [14], tomate (Solanum lycopersicum) [15, 16] y papa (Solanum tuberosum) [17]. La expresión de los genes AREB/ABF es inducida por estrés hídrico y ABA. Las proteínas ABF/AREB deben ser activadas por fosforilación de manera dependiente de ABA. Las enzimas que fosforilan estos factores de transcripción son las quinasas SnRK2s (SNF1-related protein kinase subfamily 2) [18] y CDPKs (calcium-dependent protein kinases) [19, 17].
La sobre-expresión de genes AREB/ABF en Arabidopsis aumentó la tolerancia al estrés hídrico como resultado de la inducción de numerosos genes de respuesta a estrés, aunque se observó una inhibición del crecimiento de la planta [20, 21]. La triple mutante areb1 areb2 abf3 de Arabidospsis mostró una tolerancia muy reducida a la sequía. El análisis transcriptómico de las plantas expuestas a sequía reveló que 58 genes presentan niveles de expresión reducidos en la triple mutante con respecto a las plantas salvajes [22]. Muchos de estos genes son inducidos normalmente por ABA y/o estrés hídrico causado por sequía o alta salinidad. Estos resultados indican que los factores de transcripción AREB/ABF cumplen una importante función en la regulación de la expresión de genes de respuesta a estrés hídrico de manera dependiente de ABA.
En especies de interés agronómico estos genes no han sido ampliamente estudiados en cuanto a su potencial para generar cultivos resistentes a estrés abiótico, posiblemente debido a que existen evidencias de que la tolerancia a estrés hídrico mediada por ABA genera una pérdida de productividad intrínseca por el cierre estomático (debido a una baja producción de fotosintatos por disminución de la fijación de CO2). Sin embargo, se demostró que la expresión del gen ABF3 de Arabidopsis en arroz incrementó la tolerancia al estrés abiótico sin causar inhibición del crecimiento o alteraciones fenotípicas visibles [23]. Recientemente, se ha descripto que la sobre-expresión de SlAREB1 en plantas de tomate da como resultado un aumento de la tolerancia al estrés hídrico sin afectar su crecimiento [16]. Estos resultados sugieren que los genes AREB/ABF pueden ser buenos candidatos para ser utilizados como herramienta biotecnológica, pero es necesario analizarlos de manera independiente en cada especie, ya que no todas las plantas responden de la misma manera a su sobre-expresión o la expresión de genes AREB/ABF exógenos.
Factores de transcripción MYC/MYB
Las familias de proteínas MYC/MYB se encuentran tanto en plantas como en animales y tienen diversas funciones. En plantas, algunos factores de transcripción MYC/MYB participan en la activación de la transcripción de genes de respuesta a estrés hídrico de manera dependiente de ABA [2]. MYC y MYB funcionan cooperativamente para la activación de la expresión de genes, uniéndose a los elementos de respuesta MYCR y MYBR (MYC, MYB recognition sites), respectivamente [24].
Se ha descripto que la sobre-expresión de AtMYB15 aumentó la tolerancia al estrés hídrico en Arabidopsis [25]. Resultados similares se observaron en plantas que sobre-expresan AtMYB2, AtMYC2 o ambos genes [24]. En todos los casos, se observó además la inducción de genes de respuesta a estrés. Al igual que los genes AREB/ABF, la sobre-expresión de algunos genes MYC/MYB causó una inhibición del crecimiento en Arabidopsis [26]. Los genes MYC y MYB han sido utilizados en algunas especies de interés agronómico. La sobre-expresión de StMYB1R-1 en plantas de papa incrementó la tolerancia a la sequía sin afectar significativamente su productividad [27]. En arroz, la sobre-expresión de OsMYB3R-2 incrementó la tolerancia al estrés hídrico [28]. El gen de arroz OsMYB4 fue utilizado en varias especies, como el tomate, obteniéndose distintos grados de tolerancia a la sequía dependiendo de la especie [29].
Factores de transcripción DREB/CBF
Las proteínas DREB/CBF son factores de transcripción de tipo AP2/ERF de plantas que inducen un conjunto de genes de respuesta a estrés abiótico. Cumplen una importante función en las vías de señalización independientes de ABA [2]. Estos factores de transcripción se dividen en dos subgrupos: DREB1/CBF y DREB2. La expresión de los genes DREB1/CBF (DREB1B/CBF1, DREB1A/CBF3 y DREB1C/CBF2 en Arabidopsis) es inducida por frío, mientras que la expresión de los genes DREB2 (DREB2A y DREB2B en Arabidopsis) es inducida por estrés hídrico [30]; sin embargo, las proteínas de ambos subgrupos se unen al elemento de respuesta DRE/CRT (dehydration-responsive element/C-repeat), indicando la existencia de un entrecruzamiento entre la expresión de genes inducida por frío y sequía, a través del elemento DRE/CRT [7]. Por este motivo, ambos subgrupos han sido útiles para incrementar la tolerancia tanto a la sequía como al frío. Genes homólogos a DREB1 y DREB2 han sido identificados en varias especies de interés agronómico [31].
La sobre-expresión de los genes DREB1/CBF en Arabidopsis incrementó la tolerancia al estrés hídrico y frío y esto se correlacionó con un aumento en los niveles de transcriptos que codifican proteínas asociadas a la adaptación al estrés [32, 33]. El análisis transcriptómico demostró que aproximadamente 30 genes son inducidos en respuesta a la sobre-expresión de DREB1B/CBF1, DREB1A/CBF3 o DREB1C/CBF2 [33].
La sobre-expresión del gen DREB1A es una estrategia muy utilizada. Con ello se ha logrado activar la expresión de numerosos genes de respuesta a estrés dando como resultado plantas más tolerantes al frío y al estrés hídrico [34]. DREB1A ha demostrado ser efectivo en numerosas especies. La sobre-expresión del DREB1A/CBF3 de Arabidopsis en papa, tabaco, trigo y arroz incrementó la tolerancia a la sequía [35, 36, 23]. También los genes DREB de otras especies han mostrado ser eficientes. Por ejemplo, plantas de arroz que sobreexpresan el gen DREB1A propio resultaron más tolerantes al estrés hídrico y al frío [37].
Factores de transcripción NAC y ZF-HD
Además de los descriptos, el estrés hídrico activa varios otros factores de transcripción, incluyendo los factores de transcripción NAC y las proteínas zinc finger homeodomain (ZF-HD). Las proteínas ZFHD1 se unen al elemento de repuesta ZFHDR, mientras que las proteínas NAC se unen al elemento de respuesta NACRS (NAC recognized sequence) [38, 39]. La familia de genes NAC tiene 106 y 149 miembros en Arabidopsis y arroz, respectivamente [40, 41]. La sobre-expresión de los genes NAC ANAC019, ANAC055 y ANAC072 en Arabidopsis incrementó la tolerancia a la sequía [38] mientras que en arroz, la sobre-expresión de SNAC1 o de OsNAC6/SNAC2 resultó en una tolerancia aumentada al estrés hídrico [42-44].
Conclusiones
Considerando que la población mundial podría llegar a 9 mil millones para el año 2050, es necesario incrementar la productividad agronómica para abastecer la futura demanda de alimento. El avance en el conocimiento de los mecanismos moleculares de respuesta a estrés hídrico ha facilitado herramientas para diseñar estrategias biotecnológicas que permiten aumentar la tolerancia y la productividad de los cultivos en condiciones de sequía o con un menor requerimiento de agua. Particularmente, en este artículo se resumieron las funciones de los principales factores de transcripción que regulan conjuntos de genes de respuesta a estrés y su utilización para aumentar la tolerancia a la sequía en especies de interés agronómico. El análisis funcional de estos factores de transcripción aportará nuevos conocimientos acerca de los complejos mecanismos de regulación de las respuestas a estrés y del entrecruzamiento de las vías de señalización que activan estas respuestas, que serán útiles al momento de diseñar las estrategias para generar cultivos tolerantes a la sequía y otros estreses abióticos que afecten su productividad.
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Autoras:
María Noelia Muñiz García y Daniela Andrea Capiati*
Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Vuelta de Obligado 2490, C1428ADN
Buenos Aires, Argentina
María Noelia Muñiz García y Daniela Andrea Capiati*
Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Vuelta de Obligado 2490, C1428ADN
Buenos Aires, Argentina
*E-mail: dcapiati@dna.uba.ar
Revista QuímicaVivaNúmero 3, año 10, Diciembre de 2011
quimicaviva@qb.fcen.uba.ar
Biofábrica Misiones - Argentina
Biofábrica Misiones S.A. es una empresa dedicada a la investigación, desarrollo, producción y comercialización de productos y servicios a base de procesos biotecnológicos.
Su infraestructura, especialmente diseñada, cuenta con un laboratorio destinado a la propagación masiva de plantas in vitro, casas de cultivo y viveros de última generación.
En la búsqueda de innovación, nuevas especies, mejora de protocolos y desarrollo de investigaciones, Biofábrica se vincula con instituciones nacionales e internacionales como el INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria), la UNaM (Universidad Nacional de Misiones), la UNNE (Universidad Nacional del Nordeste) y con la Universidad Nacional Marta Abreu de las Villas, Cuba.
En la búsqueda de innovación, nuevas especies, mejora de protocolos y desarrollo de investigaciones, Biofábrica se vincula con instituciones nacionales e internacionales como el INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria), la UNaM (Universidad Nacional de Misiones), la UNNE (Universidad Nacional del Nordeste) y con la Universidad Nacional Marta Abreu de las Villas, Cuba.
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Regeneración Completa de Tejidos Ingeniería de Tejidos
La regeneración es la reactivación del desarrollo para restaurar tejidos faltantes.
El proceso de regeneración puede ocurrir en múltiples niveles de la organización biológica y la habilidad de los diferentes organismos para regenerar partes faltantes es altamente variable, sin embargo la capacidad de regenerar al menos alguna estructura es común en todos los phyla animales.1 La regeneración puede darse entonces a nivel celular, de tejido, de órgano, estructura e incluso del cuerpo entero pero en algunos organismos no se da o es altamente limitada.1 El proceso de regeneración de extremidades faltantes se ha observado en múltiples organismos, salamandras, cangrejos y estrellas de mar entre otros2 y la regeneración de individuos enteros a partir de pequeños fragmentos se ha observado en planarias y varios cnidarios.3 1 Por otro lado hay organismos como las aves y los nemátodos que son prácticamente incapaces de cualquier tipo de regeneración.
Fuente: Reyesibaceta
Elucidación Estructural de Proteínas
en solución por RMN Oscar Millet
La aplicación de la química en la biología constituyó, a principios del siglo XX, el principal detonante de la exploración de la estructura de la materia biológica.
Sin embargo, hubo que esperar al desarrollo de diferentes técnicas espectroscópicas, y no fue hasta mediados de los años cincuenta que Perutz y Kendrew obtuvieron la estructura cristalográfica de la mioglobina de esperma de ballena, la primera estructura tridimensional de una proteína (1).
En la misma década, Watson y Crick interpretaron correctamente los datos cristalográficos proporcionados por Rosalind Franklin y pasaron a la historia por descubrir la doble hélice del ADN (2). Desde entonces la importancia de la biología estructural no ha parado de crecer y hoy la elucidación de la arquitectura molecular es fundamental para la comprensión de los procesos biológicos así como en el diseño de fármacos. Sin embargo, a pesar del esfuerzo invertido, la estructura de biomacromoléculas sigue siendo una tarea que se puede considerar de difícil a imposible, dependiendo del sistema de estudio. Los trabajos de Ernst y Wüthrich, ambos de nacionalidad Suiza y ambos premio Nobel, han revolucionado la resonancia magnética nuclear (RMN) adecuándola para el estudio de sistemas biológicos (3, 4). Actualmente la RMN permite, en casos favorables, obtener la estructura tridimensional de proteínas, ácidos ribonucleicos y fragmentos de ADN (5, 6). En la presente actualización se discutirá el proceso de elucidación estructural por RMN, haciendo especial énfasis en los últimos desarrollos de la técnica así como en las ventajas y las limitaciones de la misma.
En la misma década, Watson y Crick interpretaron correctamente los datos cristalográficos proporcionados por Rosalind Franklin y pasaron a la historia por descubrir la doble hélice del ADN (2). Desde entonces la importancia de la biología estructural no ha parado de crecer y hoy la elucidación de la arquitectura molecular es fundamental para la comprensión de los procesos biológicos así como en el diseño de fármacos. Sin embargo, a pesar del esfuerzo invertido, la estructura de biomacromoléculas sigue siendo una tarea que se puede considerar de difícil a imposible, dependiendo del sistema de estudio. Los trabajos de Ernst y Wüthrich, ambos de nacionalidad Suiza y ambos premio Nobel, han revolucionado la resonancia magnética nuclear (RMN) adecuándola para el estudio de sistemas biológicos (3, 4). Actualmente la RMN permite, en casos favorables, obtener la estructura tridimensional de proteínas, ácidos ribonucleicos y fragmentos de ADN (5, 6). En la presente actualización se discutirá el proceso de elucidación estructural por RMN, haciendo especial énfasis en los últimos desarrollos de la técnica así como en las ventajas y las limitaciones de la misma.
Conceptos básicos de RMN
En presencia de un campo magnético permanente se produce un desdoblamiento de niveles energéticos de los núcleos atómicos debido al efecto Zeeman. Las poblaciones de equilibrio de dichos niveles pueden alterarse mediante pulsos de radiofrecuencia. La resonancia magnética nuclear consiste en la medida de la señal que se produce en el retorno del sistema al equilibrio. Estas mediciones proporcionan información de la distribución de niveles cuánticos que, en grado último, son una expresión de la constitución de la materia.
El observable más común en RMN se denomina desplazamiento químico que, de manera simplificada, equivale a la posición que cada señal ocupa en el espectro. El desplazamiento químico es muy importante porque permite diferenciar por el tipo de núcleo observado (carbono, protón, nitrógeno,...), por las características químicas del núcleo bajo consideración (protones alifáticos, aromáticos,...) y por el entorno local de cada núcleo (protón rodeado de protones frente a un protón cercano a carbonos). Así, el desplazamiento químico constituye un exquisito descriptor de la estructura de la materia y por ello la RMN, tras ser inventada por los físicos, ha interesado a químicos primero y después a biólogos (7).
Los átomos que están unidos por enlaces producen un desdoblamiento de señales en el espectro debido al acoplamiento escalar entre los núcleos involucrados. Este desdoblamiento puede aumentar la complejidad del espectro porque incrementa el número de señales (de hecho hay métodos para eliminar este efecto) pero proporciona una valiosa fuente de información para establecer la topología química de la molécula. El acoplamiento escalar ha permitido diseñar la espectroscopía multidimensional en la que los desplazamientos químicos de un tipo de núcleos (p. ej. protón) se comparan con los de otro núcleo (p. ej. carbono) en un espectro bidimensional en el que tan solo aparece una señal en el plano protón/nitrógeno en aquellas coordenadas que haya un par de núcleos que están acoplados escalarmente.
Un segundo tipo de efecto (el acoplamiento dipolar) es proporcional al ángulo que forma el espín nuclear con el eje principal del campo magnético externo y también es susceptible de proporcionar información estructural. El problema es que, debido al movimiento de la molécula que se produce en solución, todas las orientaciones son equiprobables y la componente neta de dicho acoplamiento se promedia a cero. Hace algunos años, Tjandra y Bax utilizaron bicelas lipídicas para orientar a las moléculas en solución con lo que se reintroducía el acoplamiento dipolar sin perjuicio del resto de propiedades espectrales (8, 9). Este procedimiento se ha demostrado muy exitoso y ha conllevado la aparición de un número elevado de medios orientadores diferentes.
Quizás el observable más importante en RMN es el efecto nuclear Overhauser (el denominado NOE) que consiste en la medida de la una velocidad de relajación cruzada entre dos núcleos. Es relevante porque esta información proporciona una estimación de la distancia más corta entre los dos núcleos involucrados, independientemente de que estén unidos por enlaces o no.
RMN de proteínas en solución
Debido a que la diferencia de niveles anteriormente citada es energéticamente muy pequeña, la RMN es una técnica muy insensible. Esto implica que hay que trabajar con concentraciones elevadas de proteína y, dado que la evolución no ha diseñado a estas moléculas para tal fin, fenómenos de agregación y/o precipitación ocurren con relativa frecuencia. Las casas comerciales que fabrican los imanes de resonancia son conscientes de este problema y el estudio de biomoléculas es el motor para que estas compañías diseñen imanes y dispositivos cada vez más potentes. Un ejemplo exitoso de esta investigación lo constituyen las sondas criogénicas que aumentan mucho la sensibilidad del equipo con la subsiguiente reducción en la concentración efectiva de proteína en la muestra.
No todos los isótopos nucleares son sensibles al fenómeno de la RMN. De hecho, de los átomos más importantes que constituyen a las proteínas (hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno) tan solo el protón presenta desdoblamiento de niveles energéticos en presencia de un campo magnético y es casi 100% el constituyente de los núcleos de hidrógeno. En el caso del carbono y del nitrógeno, los isótopos activos son el C13 y N15 que presentan abundancias naturales del 1,2% y 0,1% respectivamente. Así, para "activar" estos núcleos para ser estudiados por RMN, se acostumbra a preparar muestras marcadas en las que se enriquecen en estos isótopos nucleares.
Esto se puede conseguir mediante técnicas de biotecnología en las que las fuentes de carbono y nitrógeno están controladas (10). Por último, el oxígeno no presenta buenas propiedades espectroscópicas y no se suele estudiar en RMN biomolecular.
Los diferentes experimentos de RMN específicamente diseñados para proteínas se han diseñado a partir de las características químicas de las mismas. El experimento más importante que se aplica es el HSQC (del inglés heteronuclear single quantum correlation). Este experimento correlaciona los núcleos de protón que se encuentran a un enlace de un núcleo de nitrógeno. En el caso de las proteínas esta situación se da una vez para cada aminoácido (en su enlace peptídico). Así, en el espectro HSQC de una proteína aparecerá una señal por cada aminoácido y este experimento constituye un verdadero "carné de identidad" de la proteína. Contando el número de señales en el espectro ya sabemos cuantos aminoácidos tiene la proteína, aunque esta sería una información que se puede obtener de manera mucho menos costosa mediante otras técnicas. Más interesante es la información que proporciona la posición de las señales en el espectro. Tal y como se muestra en la Figura 1, las proteínas que están desplegadas muestran una dispersión de señales muy pobres, sobretodo en la dimensión de protón y que contrasta con la diversidad de desplazamientos químicos que se observan en una proteína con estructura terciaria (o cuaternaria). Esto es así porque la conformación plegada añade una contribución adicional al desplazamiento químico que permite dispersar aún más las señales.
Asignación espectral
Con el fin de proceder a la elucidación estructural, la primera tarea que se debe realizar es la asignación de los espectros de RMN. Dicho de otra manera, se deben identificar cada una de las señales del espectro (p. ej. el de la Figura 1) con los correspondientes aminoácidos de la secuencia de la proteína. Para ello se utiliza nuevamente el acoplamiento escalar y se registran una serie de experimentos que nos relacionan los núcleos que están conectados por enlaces. Algunos de estos experimentos nos dan información acerca de la naturaleza del residuo (p. ej. si el carbono alfa pertenece a una leucina o a una prolina). Otros experimentos nos permiten establecer la conectividad con el aminoácido precedente para así encajar las piezas (aminoácidos) en el rompecabezas (la secuencia). En principio debiera ser posible obtener la información de la asignación de la totalidad de señales en el espectro. Sin embargo, en la práctica se suele asignar entre un 85% y un 98% de las mismas, debido a problemas de solapamiento de señales y/o de desaparición de las mismas por otros fenómenos (relajación, intercambio, etc...).
El tamaño de la proteína es una variable importante a la hora de abordar la asignación espectral. Obviamente la complejidad del proceso aumenta linealmente con el número de aminoácidos implicados pero quizás más importante es que la probabilidad de que dos señales compartan desplazamiento químico (solapamiento de señales) aumenta también. Finalmente existe un tercer problema derivado del aumento del peso molecular de la molécula que es el del ensanchamiento de la señal debido a un movimiento más lento de la molécula en la solución. Como la integral de la señal depende solo del número de núcleos implicados (que no cambia), un ensanchamiento de señal inevitablemente va acompañado de una disminución de la relación señal/ruido. Este fenómeno ha limitado el tamaño máximo de moléculas que se podían utilizar hasta 15-20 KDa. El ingenioso desarrollo de un método de compensación de mecanismos de relajación (denominado TROSY) ha permitido resolver este problema en gran parte y, actualmente se puede trabajar más o menos rutinariamente con proteínas de hasta 40 kDa (11, 12). El laboratorio de Lewis Kay (Toronto) ostenta la proteína más grande jamás resuelta por RMN, la malato sintasa G de 82 kDa (13, 14).
Medida de observables
Tal y como se ha indicado anteriormente, el NOE constituye el principal observable en la determinación de la estructura de proteínas por RMN. En general se considera que todos los pares de núcleos que se encuentren a una distancia igual o inferior a 5 Å son susceptibles de producir un NOE. Dichos NOES se detectan en un experimento multidimensional denominado NOESY en el que un determinado NOE aparece como un pico de cruce situado en las coordenadas de los desplazamientos químicos de los dos núcleos implicados. En principio, la intensidad del pico es inversamente proporcional a la sexta potencia de la distancia y, de esta relación, se debieran establecer disposiciones espaciales más o menos exactas. El problema es que las proteínas no son entidades estáticas y esta distancia está en constante fluctuación. El movimiento de los núcleos contribuye con otros términos de la ecuación de una manera mucho menos predecible, haciendo que la extracción de distancias exactas a partir de los NOEs no sea posible. Sin embargo, la intensidad del NOE se utiliza como un indicador cualitativo acerca de la cercanía (o lejanía) de los dos núcleos que lo generan.
El acoplamiento escalar también proporciona información estructural (además de la componente topológica ya mencionada anteriormente). El acoplamiento a tres enlaces es función del ángulo diedro que lo conforma. Los elementos de estructura secundaria adoptan posiciones específicas en el ángulo diedro (típicamente representadas en el diagrama de Ramachandran). Así, la medida de los acoplamientos escalares a tres enlaces es útil para el refinamiento de la estructura (vide infra).
Igualmente, los acoplamientos dipolares convenientemente reintroducidos con ayuda de un medio orientador proporcionan una valiosa información estructural. Este observable está especialmente indicado para obtener información a larga distancia (por ejemplo la orientación de dos dominios diferentes de una misma proteína) (15), dado que es muy complementaria a la obtenida con el NOE.
Finalmente, el propio desplazamiento químico contiene una contribución conformacional y ayuda en el proceso de refinado de la estructura. Además, cabe destacar que se pueden utilizar otros observables como las restricciones paramagnéticas que también contienen información estructural.
Cálculo de la estructura
El conjunto de restricciones experimentales medidas (ver apartado anterior) se utiliza para establecer un modelo computacional que es consistente con todos los datos. Para ello se utiliza la mecánica molecular modulada en presencia de un campo de fuerzas (16). Inicialmente se parte de una conformación de la proteína totalmente extendida. El programa de modelado va probando las diferentes conformaciones hasta encontrar una que satisfaga las siguientes condiciones:
En presencia de un campo magnético permanente se produce un desdoblamiento de niveles energéticos de los núcleos atómicos debido al efecto Zeeman. Las poblaciones de equilibrio de dichos niveles pueden alterarse mediante pulsos de radiofrecuencia. La resonancia magnética nuclear consiste en la medida de la señal que se produce en el retorno del sistema al equilibrio. Estas mediciones proporcionan información de la distribución de niveles cuánticos que, en grado último, son una expresión de la constitución de la materia.
El observable más común en RMN se denomina desplazamiento químico que, de manera simplificada, equivale a la posición que cada señal ocupa en el espectro. El desplazamiento químico es muy importante porque permite diferenciar por el tipo de núcleo observado (carbono, protón, nitrógeno,...), por las características químicas del núcleo bajo consideración (protones alifáticos, aromáticos,...) y por el entorno local de cada núcleo (protón rodeado de protones frente a un protón cercano a carbonos). Así, el desplazamiento químico constituye un exquisito descriptor de la estructura de la materia y por ello la RMN, tras ser inventada por los físicos, ha interesado a químicos primero y después a biólogos (7).
Los átomos que están unidos por enlaces producen un desdoblamiento de señales en el espectro debido al acoplamiento escalar entre los núcleos involucrados. Este desdoblamiento puede aumentar la complejidad del espectro porque incrementa el número de señales (de hecho hay métodos para eliminar este efecto) pero proporciona una valiosa fuente de información para establecer la topología química de la molécula. El acoplamiento escalar ha permitido diseñar la espectroscopía multidimensional en la que los desplazamientos químicos de un tipo de núcleos (p. ej. protón) se comparan con los de otro núcleo (p. ej. carbono) en un espectro bidimensional en el que tan solo aparece una señal en el plano protón/nitrógeno en aquellas coordenadas que haya un par de núcleos que están acoplados escalarmente.
Un segundo tipo de efecto (el acoplamiento dipolar) es proporcional al ángulo que forma el espín nuclear con el eje principal del campo magnético externo y también es susceptible de proporcionar información estructural. El problema es que, debido al movimiento de la molécula que se produce en solución, todas las orientaciones son equiprobables y la componente neta de dicho acoplamiento se promedia a cero. Hace algunos años, Tjandra y Bax utilizaron bicelas lipídicas para orientar a las moléculas en solución con lo que se reintroducía el acoplamiento dipolar sin perjuicio del resto de propiedades espectrales (8, 9). Este procedimiento se ha demostrado muy exitoso y ha conllevado la aparición de un número elevado de medios orientadores diferentes.
Quizás el observable más importante en RMN es el efecto nuclear Overhauser (el denominado NOE) que consiste en la medida de la una velocidad de relajación cruzada entre dos núcleos. Es relevante porque esta información proporciona una estimación de la distancia más corta entre los dos núcleos involucrados, independientemente de que estén unidos por enlaces o no.
RMN de proteínas en solución
Debido a que la diferencia de niveles anteriormente citada es energéticamente muy pequeña, la RMN es una técnica muy insensible. Esto implica que hay que trabajar con concentraciones elevadas de proteína y, dado que la evolución no ha diseñado a estas moléculas para tal fin, fenómenos de agregación y/o precipitación ocurren con relativa frecuencia. Las casas comerciales que fabrican los imanes de resonancia son conscientes de este problema y el estudio de biomoléculas es el motor para que estas compañías diseñen imanes y dispositivos cada vez más potentes. Un ejemplo exitoso de esta investigación lo constituyen las sondas criogénicas que aumentan mucho la sensibilidad del equipo con la subsiguiente reducción en la concentración efectiva de proteína en la muestra.
No todos los isótopos nucleares son sensibles al fenómeno de la RMN. De hecho, de los átomos más importantes que constituyen a las proteínas (hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno) tan solo el protón presenta desdoblamiento de niveles energéticos en presencia de un campo magnético y es casi 100% el constituyente de los núcleos de hidrógeno. En el caso del carbono y del nitrógeno, los isótopos activos son el C13 y N15 que presentan abundancias naturales del 1,2% y 0,1% respectivamente. Así, para "activar" estos núcleos para ser estudiados por RMN, se acostumbra a preparar muestras marcadas en las que se enriquecen en estos isótopos nucleares.
Esto se puede conseguir mediante técnicas de biotecnología en las que las fuentes de carbono y nitrógeno están controladas (10). Por último, el oxígeno no presenta buenas propiedades espectroscópicas y no se suele estudiar en RMN biomolecular.
Los diferentes experimentos de RMN específicamente diseñados para proteínas se han diseñado a partir de las características químicas de las mismas. El experimento más importante que se aplica es el HSQC (del inglés heteronuclear single quantum correlation). Este experimento correlaciona los núcleos de protón que se encuentran a un enlace de un núcleo de nitrógeno. En el caso de las proteínas esta situación se da una vez para cada aminoácido (en su enlace peptídico). Así, en el espectro HSQC de una proteína aparecerá una señal por cada aminoácido y este experimento constituye un verdadero "carné de identidad" de la proteína. Contando el número de señales en el espectro ya sabemos cuantos aminoácidos tiene la proteína, aunque esta sería una información que se puede obtener de manera mucho menos costosa mediante otras técnicas. Más interesante es la información que proporciona la posición de las señales en el espectro. Tal y como se muestra en la Figura 1, las proteínas que están desplegadas muestran una dispersión de señales muy pobres, sobretodo en la dimensión de protón y que contrasta con la diversidad de desplazamientos químicos que se observan en una proteína con estructura terciaria (o cuaternaria). Esto es así porque la conformación plegada añade una contribución adicional al desplazamiento químico que permite dispersar aún más las señales.
Asignación espectral
Con el fin de proceder a la elucidación estructural, la primera tarea que se debe realizar es la asignación de los espectros de RMN. Dicho de otra manera, se deben identificar cada una de las señales del espectro (p. ej. el de la Figura 1) con los correspondientes aminoácidos de la secuencia de la proteína. Para ello se utiliza nuevamente el acoplamiento escalar y se registran una serie de experimentos que nos relacionan los núcleos que están conectados por enlaces. Algunos de estos experimentos nos dan información acerca de la naturaleza del residuo (p. ej. si el carbono alfa pertenece a una leucina o a una prolina). Otros experimentos nos permiten establecer la conectividad con el aminoácido precedente para así encajar las piezas (aminoácidos) en el rompecabezas (la secuencia). En principio debiera ser posible obtener la información de la asignación de la totalidad de señales en el espectro. Sin embargo, en la práctica se suele asignar entre un 85% y un 98% de las mismas, debido a problemas de solapamiento de señales y/o de desaparición de las mismas por otros fenómenos (relajación, intercambio, etc...).
El tamaño de la proteína es una variable importante a la hora de abordar la asignación espectral. Obviamente la complejidad del proceso aumenta linealmente con el número de aminoácidos implicados pero quizás más importante es que la probabilidad de que dos señales compartan desplazamiento químico (solapamiento de señales) aumenta también. Finalmente existe un tercer problema derivado del aumento del peso molecular de la molécula que es el del ensanchamiento de la señal debido a un movimiento más lento de la molécula en la solución. Como la integral de la señal depende solo del número de núcleos implicados (que no cambia), un ensanchamiento de señal inevitablemente va acompañado de una disminución de la relación señal/ruido. Este fenómeno ha limitado el tamaño máximo de moléculas que se podían utilizar hasta 15-20 KDa. El ingenioso desarrollo de un método de compensación de mecanismos de relajación (denominado TROSY) ha permitido resolver este problema en gran parte y, actualmente se puede trabajar más o menos rutinariamente con proteínas de hasta 40 kDa (11, 12). El laboratorio de Lewis Kay (Toronto) ostenta la proteína más grande jamás resuelta por RMN, la malato sintasa G de 82 kDa (13, 14).
Medida de observables
Tal y como se ha indicado anteriormente, el NOE constituye el principal observable en la determinación de la estructura de proteínas por RMN. En general se considera que todos los pares de núcleos que se encuentren a una distancia igual o inferior a 5 Å son susceptibles de producir un NOE. Dichos NOES se detectan en un experimento multidimensional denominado NOESY en el que un determinado NOE aparece como un pico de cruce situado en las coordenadas de los desplazamientos químicos de los dos núcleos implicados. En principio, la intensidad del pico es inversamente proporcional a la sexta potencia de la distancia y, de esta relación, se debieran establecer disposiciones espaciales más o menos exactas. El problema es que las proteínas no son entidades estáticas y esta distancia está en constante fluctuación. El movimiento de los núcleos contribuye con otros términos de la ecuación de una manera mucho menos predecible, haciendo que la extracción de distancias exactas a partir de los NOEs no sea posible. Sin embargo, la intensidad del NOE se utiliza como un indicador cualitativo acerca de la cercanía (o lejanía) de los dos núcleos que lo generan.
El acoplamiento escalar también proporciona información estructural (además de la componente topológica ya mencionada anteriormente). El acoplamiento a tres enlaces es función del ángulo diedro que lo conforma. Los elementos de estructura secundaria adoptan posiciones específicas en el ángulo diedro (típicamente representadas en el diagrama de Ramachandran). Así, la medida de los acoplamientos escalares a tres enlaces es útil para el refinamiento de la estructura (vide infra).
Igualmente, los acoplamientos dipolares convenientemente reintroducidos con ayuda de un medio orientador proporcionan una valiosa información estructural. Este observable está especialmente indicado para obtener información a larga distancia (por ejemplo la orientación de dos dominios diferentes de una misma proteína) (15), dado que es muy complementaria a la obtenida con el NOE.
Finalmente, el propio desplazamiento químico contiene una contribución conformacional y ayuda en el proceso de refinado de la estructura. Además, cabe destacar que se pueden utilizar otros observables como las restricciones paramagnéticas que también contienen información estructural.
Cálculo de la estructura
El conjunto de restricciones experimentales medidas (ver apartado anterior) se utiliza para establecer un modelo computacional que es consistente con todos los datos. Para ello se utiliza la mecánica molecular modulada en presencia de un campo de fuerzas (16). Inicialmente se parte de una conformación de la proteína totalmente extendida. El programa de modelado va probando las diferentes conformaciones hasta encontrar una que satisfaga las siguientes condiciones:
- cumpla con los preceptos del campo de fuerzas impuesto (en términos de ángulos y distancias) y
- ponga en acuerdo al mayor número posible de restricciones experimentales.
Para ello el programa explora el espacio conformacional mediante un método denominado simulated annealing que se asemeja a los ciclos de frío (poco movimiento) y calor (mucho movimiento) en el proceso de forja de un metal. Al final se obtiene una batería de estructuras que minimizan las restricciones experimentales (que contienen el menor número de violaciones) y que se considera el modelo refinado. A diferencia de otras técnicas, en RMN no se considera únicamente una estructura sino que se representan varias de ellas (ver Figura 2) con energías similares para ver la calidad de los datos experimentales: cuanto mayor sea el número de restricciones experimentales utilizadas, más parecidas van a ser estas estructuras (equivalente a mayor resolución).
Consideraciones finales
Tal y como se ha descrito en la presente actualización, la RMN constituye una poderosa técnica para la elucidación estructural de proteínas siempre que la muestra cumpla una serie de propiedades y con la ventaja de que proporciona información en solución. Es de remarcar que la RMN es una técnica muy versátil y que permite realizar estudios de caracterización de la dinámica de proteínas y de sus interacciones con otros ligandos y efectores proteicos. Por todo ello, la RMN ocupa un lugar central en la biología estructural moderna.
Referencias
Kendrew JCPerutz MF (1957) X-ray studies of compounds of biological interest Annu Rev Biochem 26: 327-372.
Watson JDCrick FH (1953) Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid Nature 171: 737-738.
Ernst RR (1992) Nobel Lecture. Nuclear magnetic resonance Fourier transform spectroscopy Biosci Rep 12: 143-187.
Wuthrich K (1989) Determination of three-dimensional protein structures in solution by nuclear magnetic resonance: an overview Methods in enzymology 177: 125-131.
Tugarinov V, Hwang PMKay LE (2004) Nuclear magnetic resonance spectroscopy of high-molecular-weight proteins Annu Rev Biochem 73: 107-146.
Shajani ZVarani G (2007) NMR studies of dynamics in RNA and DNA by 13C relaxation Biopolymers 86: 348-359.
Ernst RR (1987) Methodology of magnetic resonance imaging Quarterly reviews of biophysics 19: 183-220.
Tjandra NBax A (1997) Direct measurement of distances and angles in biomolecules by NMR in a dilute liquid crystalline medium Science (New York, N.Y278: 1111-1114.
Tjandra N, Omichinski JG, Gronenborn AM, Clore GMBax A (1997) Use of dipolar 1H-15N and 1H-13C couplings in the structure determination of magnetically oriented macromolecules in solution Nature structural biology 4: 732-738.
Goto NKKay LE (2000) New developments in isotope labeling strategies for protein solution NMR spectroscopy Current opinion in structural biology 10: 585-592.
Pervushin K, Riek R, Wider GWuthrich K (1997) Attenuated T2 relaxation by mutual cancellation of dipole-dipole coupling and chemical shift anisotropy indicates an avenue to NMR structures of very large biological macromolecules in solution Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 94: 12366-12371.
Riek R, Pervushin KWuthrich K (2000) TROSY and CRINEPT: NMR with large molecular and supramolecular structures in solution Trends Biochem Sci 25: 462-468.
Grishaev A, Tugarinov V, Kay LE, Trewhella JBax A (2008) Refined solution structure of the 82-kDa enzyme malate synthase G from joint NMR and synchrotron SAXS restraints Journal of biomolecular NMR 40: 95-106.
Tugarinov V, Choy WY, Orekhov VYKay LE (2005) Solution NMR-derived global fold of a monomeric 82-kDa enzyme Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102: 622-627.
Millet O, Hudson RPKay LE (2003) The energetic cost of domain reorientation in maltose-binding protein as studied by NMR and fluorescence spectroscopyProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100: 12700-12705.
Lopez-Mendez BGuntert P (2006) Automated protein structure determination from NMR spectra Journal of the American Chemical Society 128: 13112-13122.
Autor: Oscar Millet
Unidad de Biología estructural, CICbioGUNE, Parque Tecnológico de Vizcaya, Ed. 800, 48160 Derio, España.
Fuente: Revista QuímicaViva
Consideraciones finales
Tal y como se ha descrito en la presente actualización, la RMN constituye una poderosa técnica para la elucidación estructural de proteínas siempre que la muestra cumpla una serie de propiedades y con la ventaja de que proporciona información en solución. Es de remarcar que la RMN es una técnica muy versátil y que permite realizar estudios de caracterización de la dinámica de proteínas y de sus interacciones con otros ligandos y efectores proteicos. Por todo ello, la RMN ocupa un lugar central en la biología estructural moderna.
Referencias
Kendrew JCPerutz MF (1957) X-ray studies of compounds of biological interest Annu Rev Biochem 26: 327-372.
Watson JDCrick FH (1953) Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid Nature 171: 737-738.
Ernst RR (1992) Nobel Lecture. Nuclear magnetic resonance Fourier transform spectroscopy Biosci Rep 12: 143-187.
Wuthrich K (1989) Determination of three-dimensional protein structures in solution by nuclear magnetic resonance: an overview Methods in enzymology 177: 125-131.
Tugarinov V, Hwang PMKay LE (2004) Nuclear magnetic resonance spectroscopy of high-molecular-weight proteins Annu Rev Biochem 73: 107-146.
Shajani ZVarani G (2007) NMR studies of dynamics in RNA and DNA by 13C relaxation Biopolymers 86: 348-359.
Ernst RR (1987) Methodology of magnetic resonance imaging Quarterly reviews of biophysics 19: 183-220.
Tjandra NBax A (1997) Direct measurement of distances and angles in biomolecules by NMR in a dilute liquid crystalline medium Science (New York, N.Y278: 1111-1114.
Tjandra N, Omichinski JG, Gronenborn AM, Clore GMBax A (1997) Use of dipolar 1H-15N and 1H-13C couplings in the structure determination of magnetically oriented macromolecules in solution Nature structural biology 4: 732-738.
Goto NKKay LE (2000) New developments in isotope labeling strategies for protein solution NMR spectroscopy Current opinion in structural biology 10: 585-592.
Pervushin K, Riek R, Wider GWuthrich K (1997) Attenuated T2 relaxation by mutual cancellation of dipole-dipole coupling and chemical shift anisotropy indicates an avenue to NMR structures of very large biological macromolecules in solution Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 94: 12366-12371.
Riek R, Pervushin KWuthrich K (2000) TROSY and CRINEPT: NMR with large molecular and supramolecular structures in solution Trends Biochem Sci 25: 462-468.
Grishaev A, Tugarinov V, Kay LE, Trewhella JBax A (2008) Refined solution structure of the 82-kDa enzyme malate synthase G from joint NMR and synchrotron SAXS restraints Journal of biomolecular NMR 40: 95-106.
Tugarinov V, Choy WY, Orekhov VYKay LE (2005) Solution NMR-derived global fold of a monomeric 82-kDa enzyme Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102: 622-627.
Millet O, Hudson RPKay LE (2003) The energetic cost of domain reorientation in maltose-binding protein as studied by NMR and fluorescence spectroscopyProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100: 12700-12705.
Lopez-Mendez BGuntert P (2006) Automated protein structure determination from NMR spectra Journal of the American Chemical Society 128: 13112-13122.
Autor: Oscar Millet
Unidad de Biología estructural, CICbioGUNE, Parque Tecnológico de Vizcaya, Ed. 800, 48160 Derio, España.
Fuente: Revista QuímicaViva
Safer Bacteriófago que elimina la E. Coli
Dolores estomacales, diarrea e incluso hemorragias gástricas son algunas de las consecuencias que causa la infección de una bacteria llamada Escherichia coli. Este microorganismo está presente en carnes crudas, leche y huevos sin pasteurizar. Para reducir el peligro de infección es importante cocer bien estos productos o consumirlos pasteurizados.
Sin embargo, la bacteria también está presente en frutas y verduras y, en algunas ocasiones, el lavado de estos productos no garantiza que su consumo sea seguro. El microorganismo, además, puede estar presente en el agua de piscinas. Para resolver ese problema, un grupo de biotecnólogos de la Universidad Andrés Bello desarrollaron un nuevo producto de origen natural que logra eliminar completamente la Escherichia coli.
Se trata de Safer, un producto en polvo que puede ser disuelto en agua y rociarlo sobre los alimentos o puede ser incorporado como un ingrediente extra en preparaciones. Eso es posible porque el producto es de origen biológico y no contiene sustancias químicas.“La principal innovación de Safer es utilizar Bacteriófagos como método de control microbiológico, eliminando a las bacterias patógenas presentes en los alimentos y por lo tanto mejorando la seguridad alimentaria”, explica Diego Belmar, ingeniero en Biotecnología de la U. Andrés Bello. El experto también es jefe de operaciones de Phage Technologies, emprendimiento encargado del desarrollo de este producto, en el cual también participan Hans Pieringer y Nicolás Ferreira, también egresados de la Escuela de Biotecnología la U. Andrés Bello.
Los bacteriófagos son pequeñas partículas de origen biológico que son conocidas por ser antagonistas innatos de las bacterias en el medioambiente. Su uso hace que Safer no sea tóxico, no modifique características del alimento como sabor y aroma. Eso lo convierte en una alternativa ideal para ser usado en ensaladas u otras recetas que contengan frutas o verduras crudas. Entre los planes futuros de estos jóvenes científicos chilenos se encuentra el desarrollo de productos similares pero para proteger contra otros microorganismos como la Salmonella y la Listeria.
Fuente: Veoverde.com
New Membrane Bioreactor It cuts energy costs and boosts throughput
Chemical Engineering©
GE Power & Water (Trevose, Penn.; ge.com) has introduced an improved membrane bioreactor (mbr) technology whose productivity is said to be 15% higher than that of its predecessor for wastewater treatment plants. The new system, called LEAPmbr, was derived from innovations to GE’s ZeeWeed 500 mbr.
Glenn Vicevic, senior manager, Engineered Systems, says the system has been tested on a commercial scale at three of its customers’ plants and has demonstrated several improvements in addition to higher productivity. These include a 30% reduction in membrane energy costs, a 50% reduction in membrane aeration equipment and controls, and a 20% smaller footprint.
The system consists of rectangular cassettes of PVDF hollow-fiber membranes, immersed in a bioreactor in which bacteria break down pollutants. A pump draws treated water through the membranes, while solids, bacteria and colloidal material are retained in the tank.
An improved aeration method for cleaning the membranes was the key element in lowering energy costs, says Vicevic. “The conventional wisdom is that there should be a continuous air scour of the membranes,” he says, “but over the last decade, we experimented with bubble-size-diffuser design and frequency of air release. From that we determined that large bubbles delivered intermittently was the most effective.” He adds that the improved productivity was obtained by optimizing the manufacturing techniques, while the smaller footprint was achieved by increasing the surface area of the membrane.
The system consists of rectangular cassettes of PVDF hollow-fiber membranes, immersed in a bioreactor in which bacteria break down pollutants. A pump draws treated water through the membranes, while solids, bacteria and colloidal material are retained in the tank.
An improved aeration method for cleaning the membranes was the key element in lowering energy costs, says Vicevic. “The conventional wisdom is that there should be a continuous air scour of the membranes,” he says, “but over the last decade, we experimented with bubble-size-diffuser design and frequency of air release. From that we determined that large bubbles delivered intermittently was the most effective.” He adds that the improved productivity was obtained by optimizing the manufacturing techniques, while the smaller footprint was achieved by increasing the surface area of the membrane.
Análisis de Residuos de Antibióticos Microbiología Alimentaria - Parte VIII
Hector Massaguer
Uno de los análisis más importantes que se hacen en la industria alimentaria pueden ser los análisis de la presencia residual de antibióticos. Debido al sistema ganadero actual, intensivo, actualmente, más del 70% de la veterinaria que se aplica en ese campo son antibióticos.
Se ha de tener en cuenta que los antibióticos pueden ser promotores del crecimiento, en bajas concentraciones. Su uso está autorizado en la UE, pero bajo revisión.
Existen algunos riesgos a tener en cuenta. Por un lado, se pueden producir resistencias, que podrían llegar a pasar al hombre por ingestión. Por otro lado, algunos antibióticos, ya sea en su forma inicial o al ser transformados por el hígado, pueden llegar a ser sustancias tóxicas o cancerígenas. Por todo esto, el uso de antibióticos está muy regulado. Existe un listado de antibióticos autorizados para su uso en ganadería, que normalmente no se usarán en el hombre. Además, las dosis y tiempos de administración están calculados para que en el momento de sacrificar al animal no queden restos del antibiótico en el animal.
El volumen de trabajo es muy grande, por lo que en principio sólo se trabaja con métodos cuantitativos, y en caso de ser positivo ya se harán nuevos tests en los que trataremos de identificar el tipo de antibiótico. Existen 4 métodos básicos:
- 4 Placas: Se usan discos de tejido de unos 8 mm colocados sobre la placa, si se inhibe el crecimiento del organismo hay antibiótico.
- Stop: Se usa una torunda impregnada del animal, haciendo una estría sobre la placa. De nuevo si hay crecimiento, no hay antibiótico.
- Kundrat: Se usan discos de papel impregnados de fluido tisular sobre la placa.
- Técnica del fluido: Se usa líquido tisular en un vial con medio inoculado.
Al final del proceso se deberá hacer un análisis cromatográfico para saber el antibiótico exacto que tenemos. Estos métodos son mejorables, ya que deberíamos conseguir aumentar la sensibilidad de ellos. Además, se ha de tener en cuenta que existen algunos antibióticos que no se detectan por estos métodos, sino que requieren protocolos específicos para ser detectados.
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