APLICAÇÃO DAS TÉCNICAS MOLECULARES NA MONITORIZAÇÃO DE CULTIVOS DE MICROALGAS. Patrícia Alexandra Clemente Janeiro de Assunção

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Mario Olivares Carrizo
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1 APLICAÇÃO DAS TÉCNICAS MOLECULARES NA MONITORIZAÇÃO DE CULTIVOS DE MICROALGAS. Patrícia Alexandra Clemente Janeiro de Assunção

secuencias Base de datos genéticos (Genebank) Comparación

2 Protocolo Básico Identificación (BM) Extracción de ADN Polymerase Chain Reaction (PCR) Secuenciación Análisis de secuencias Base de datos genéticos (Genebank) Comparación de secuencias (Blast) Análisis Filogenéticos Identificación +

3 Protocolo Básico Identificación (BM) 1. PCR especifica (presencia/ausencia) Extracción de ADN Polymerase Chain Reaction (PCR) Secuenciación Análisis de secuencias Base de datos genéticos (Genebank) Comparación de secuencias (Blast) Análisis Filogenéticos 2. Amplificación genes (secuenciación) Identificación

Reaction (PCR) Secuenciación Análisis de secuencias Base de datos genéticos

..) Polymerase Chain Reaction (PCR) Secuenciación Análisis de

4 Protocolo Básico Identificación (BM) Extracción de ADN Secuenciación genes (18S, ITS, rbcl...) Polymerase Chain Reaction (PCR) Secuenciación Análisis de secuencias Base de datos genéticos (Genebank) Comparación de secuencias (Blast) Análisis Filogenéticos Identificación

5 Protocolo Básico Identificación (BM) Blast (Basic Local Alignment search Tool): Extracción de ADN Polymerase Chain Reaction (PCR) Secuenciación Análisis de secuencias Base de datos genéticos (Genebank) Comparación de secuencias (Blast) Análisis Filogenéticos Identificación

gov/ Extracción de ADN Polymerase Chain Reaction (PCR) Secuenciación

6 Cómo se cultivan las Microalgas? Laboratorio Escalado Raceways (250L, L, ) Centrifugado Atomizado Biomasa (seca, fresca)

7 Cómo aplicar la Biología Molecular? ANTES DURANTE DESPUÉS Laboratorio Cultivos (Escalado, raceways) Producto final (Biomasa fresca, seca)

8 En el laboratorio (antes de cultivar a gran escala) Detección de especies de interés en muestras de campo 3xs Muestras Cepas puras 3xs Semanas, Meses C- C+ PCR especifica Secuenciación Secuenciación Identificación de la especie aislada

Muestras Cepas puras 3xs Semanas, Meses C- C+ PCR

sp. : Muchas especies del mismo género 1 especie produce la sustancia de interés (ej.

9 En el laboratorio (antes de cultivar a gran escala) Identificación y/o confirmación de especies que se adquirieran Especies mal identificadas: Colecciones, artículos, base de datos Identificación sólo hasta sp. : Muchas especies del mismo género 1 especie produce la sustancia de interés (ej. 28 especies Dunaliella, 1 D. salina) Taxonomía tradicional: Caracteres fisiológicos y morfológicos.? Taxonomia tradicional

En los cultivos Identificación (Bacterias, Diatomeas, Dinoflagelados, Cianobacterias) PCR especificas (genero, especie ), Secuenciación (SSU, ITS, rbcl, ) Contaminantes en microalgas comerciales

10 En los cultivos Identificación (Bacterias, Diatomeas, Dinoflagelados, Cianobacterias) PCR especificas (genero, especie ), Secuenciación (SSU, ITS, rbcl, ) Contaminantes en microalgas comerciales (raceways abiertos) Más frecuentes en verano Identificar especie: Prever toxicidad. Tomar medidas para evitar la contaminación. Especie a identificar Extracción ADN PCR Secuenciación Secuenciación Identificación

(raceways abiertos) Más frecuentes en verano Identificar especie: Prever toxicidad.

11 Identificación de toxinas en los cultivos de microalgas PCR (vs HPLC, ELISA, otros ensayos.) Identificar los genes que producen toxinas: Microcistinas (mcya, mcyb, mcyc, mcyd, mcye, mcyg) Cilindrospermopsina GTGATTGAATTTCTTGGTCG GGAAATTTCTATGTCTGACTCAG ATCCAGCAGTTGAGCAAGC GCCGATGTTTGGCTGTAAAT ATCACTTCAATCTAACGACT AGTTGCTGCTGTAAGAAA GCAACATCCCAAGAGCAAAG CCGACAACATCACAAAGGC GACGCTCAAATGATGAAAC GCAACCGATAAAAACTCCC CGCAAACCCGATTTACAG CCCCTACCATCTTCATCTTC ACTCTCAAGTTATCCTCCCTC AATCGCTAAAACGCCACC GGCATTCCTAGTTATATTGCCATACTA GCCCGTTTTTGTCCCTTTCGTGC CCTCGCACATAGCCATTTGC GAAGCTCTGGAATCCGGTAA GGCAAATTGTGATAGCCACGAGC GATGGAACATCGCTCACTGGTG ndaf mcya mcyb mcyc mcyd mcye mcyg rpoc1 polyketide synthase peptide synthase Gene a identificar Extracción ADN PCR PCR convencional PCR a tiempo real Furukawa K. J. of Bioscience and Bioengineering, (2006) 102 (2): 90-96; Ouahid Y. Environ Toxicol, (2005) 20: ; Fergursson KM, Saint CP. Environ Toxicol, (2003) 18(2):120-5.

GCCGATGTTTGGCTGTAAAT ATCACTTCAATCTAACGACT AGTTGCTGCTGTAAGAAA GCAACATCCCAAGAGCAAAG CCGACAACATCACAAAGGC GACGCTCAAATGATGAAAC GCAACCGATAAAAACTCCC CGCAAACCCGATTTACAG CCCCTACCATCTTCATCTTC

12 Aspectos legales Estudios impacto ambiental (ej. Si la especie a cultivar existe en Canarias?) Lista de especies Marinas de Canarias (Algas, Hongos, Plantas y Animales). Gobierno de Canarias Estudios antes (microorganismos: Bacterias, Dinoflagelados y Cianobacterias) Reino Plantae: sólo División Magnoliophyta No está contemplado División Chlorophyta: Tetraselmis, Dunaliella Taxonomía puede haber cambiado. No detectar no significa que no exista. PCR especifica para detectar la especie del cultivo en el entorno cercano marino. PCR/secuenciación de las especies presentes en los cultivo de microalgas.

(microorganismos: Bacterias, Dinoflagelados y Cianobacterias) Reino Plantae: sólo División Magnoliophyta No está contemplado División Chlorophyta:

Producto Final: Trazabilidad (Chlorella) Productos comerciales (tabletas y capsulas) Muestras de biomasa comercial Secuenciación del 18S rdna Otras especies (Scenedesmus, Parachlorella, )

13 Producto Final: Trazabilidad (Chlorella) Productos comerciales (tabletas y capsulas) Muestras de biomasa comercial Secuenciación del 18S rdna Otras especies (Scenedesmus, Parachlorella, ) Diferentes especies de Chlorella (C. vulgaris, C. sorokiniana, ) Görs et al. (2010). Quality analysis of commercial Chlorella products used as dietary supplement in human nutrition. J Appl Phycol, 22:

Diferentes especies de Chlorella (C. vulgaris, C. sorokiniana, ) Görs et al. (2010).

14 Ingeniería genética Fuentes naturales agotadas (ej. Taxol) Bastante desarrollado en bacterias, hongos, levaduras Chlamydomonas reinhardtii: gama completa de herramientas moleculares para la manipulación genética Microalgas: biofactorías unicelulares Tipo de proteína Función Aplicación Anticuerpo Anticuerpo derivado del IgG1 Actividad contra la glicoproteína D del virus herpes simple Actividad contra el antígeno PA83 del ántrax Anticuerpos monoclonales Anticuerpos monoclonales Toxina B del cólera Factor necrosis tumoral Vacuna oral contra Staphylococcus aureus Tratamiento del cáncer Vacuna oral Terapéutico Gran capacidad para acumular biomasa (64.000L/4 semanas) (XXX-12h) Manipulación genética (6-8 semanas) Proteínas, biodiesel, pigmentos, Suero bovino amiloide asociado a las glándulas mamarias Descarboxilasa de ácido glutámico humana 65 Estimulación de la producción de mucina en el intestino para inmunizar a recién nacidos Diagnóstico temprano de la diabetes tipo I Terapéutico Terapéutico Organismo Costo de producción Tiempo de producción Capacidad de escalamiento Calidad del producto Riesgo de Contaminación Bacterias Bajo Corto Alto Bajo Endotoxinas Levaduras Medio Medio Alto Medio Bajo Células de insectos Alto Medio Medio Alto Alto Células de mamíferos Alto Largo Muy bajo Muy alto Virus-Priones Animales Alto Muy largo Bajo Muy alto Virus-Priones Células de plantas Bajo Corto Alto Alto Bajo Plantas Muy bajo Largo Muy alto Alto Bajo Microalgas Muy bajo Corto Muy alto Alto Bajo Factor de crecimiento endotelial vascular humano Proteína B1 del grupo de alta movilidad Tratamiento del enfisema pulmonar y de la disfunción eréctil; antidepresivo Curación de heridas mediante la activación de células endoteliales Terapéutico Terapéutico Rivera Solís et al La microalga verde Chlamydomonas reinhardtii: nueva alternativa para la producción de proteínas recombinantes de interés médico. Ciencia, (oct-nov):1-9

Tipo de proteína Función Aplicación Anticuerpo Anticuerpo derivado del IgG1 Actividad contra la glicoproteína D del virus herpes simple Actividad contra el antígeno PA83 del ántrax Anticuerpos

15 Ejemplos (Planta Piloto ITC) 1 2??

Ejemplos (Planta Piloto ITC) Secuenciación del 18S rdna, ITS BLAST (Basic Local Alignment Search Tool): http://www.ncbi.nlm.nih.

16 Ejemplos (Planta Piloto ITC) Secuenciación del 18S rdna, ITS BLAST (Basic Local Alignment Search Tool): Árbol filogenético Chlamydomonas oligothermica Nannochloropsis salina isolate D12 Nannochloropsis salina strain MBIC10063 Nannochloropsis gaditana Cepa problema Nannochloropsis limnetica strain SAG Nannochloropsis granulata strain MBIC10054 Nannochloropsis oceanica strain MBIC10090 Nannochloropsis maritima Nannochloropsis oceanica strain LAMB0001

gov Árbol filogenético Chlamydomonas oligothermica Nannochloropsis salina isolate D12 Nannochloropsis salina strain

17 Ejemplos (Planta Piloto ITC) Isochrysis galbana Nannochloropsis gaditana

18 GRACIAS

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