Aplicación de las técnicas moleculares para el manejo de cultivos de microalgas y gestión de áreas costeras

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2 Aplicación de las técnicas moleculares para el manejo de cultivos de microalgas y gestión de áreas costeras

3 Por qué cultivar Microalgas? Actividad escasamente desarrollada pero con un potencial económico muy grande. Actividad de bajo impacto ambiental (no compite por suelo fértil). Se puede asociar a actividades medioambientales (biofiltración de aguas residuales, de hidroponía, de gases de combustión, etc.). Aspectos legales. Sistemas Abiertos Sistemas Abiertos Sistemas Cerrados

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

5 Cómo aplicar la Biología Molecular? ANTES DURANTE DESPUÉS Laboratorio Cultivos Producto final

6 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

7 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. Dunaliella sp., Nannochloropsis sp.) Taxonomía tradicional: Caracteres fisiológicos y morfológicos.? Taxonomia tradicional

8 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 Factor de crecimiento endotelial vascular humano Tratamiento del enfisema pulmonar y de la disfunción eréctil; antidepresivo Terapéutico 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 Proteína B1 del Curación de heridas Células de plantas Bajo Corto Alto Alto Bajo grupo de alta mediante la activación de Terapéutico Plantas Muy bajo Largo Muy alto Alto Bajo movilidad células endoteliales Microalgas Muy Corto Muy alto Alto Bajo bajo 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

9 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

10 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 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.

11 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.

12 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:

13 Casos Prácticos (Planta Piloto ITC) #1 #2??

14 Casos Prácticos (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

15 Casos Prácticos (Planta Piloto ITC) Isochrysis galbana Nannochloropsis gaditana

16 GRACIAS

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