Especies nativas del Centro de Argentina: potencial agroindustrial y perspectivas para la producción de energía y biocombustibles

La región centro de Argentina posee una elevada riqueza de especies nativas y endémicas, con potencial valor agroindustrial. Flourensia campestris y F. oolepis (Asteraceae), conforman comunidades denominadas "chilcales". Son reconocidas por sus usos tradicionales como aromática, tintórea, medicinal y para leña -en especial raíz- y presentan potencial aplicación en la agroindustria como insecticida, antimicrobiana, antifúngica y aleloquímica. Trabajos realizados en nuestro laboratorio con extractos acuosos de hojas secas de F. campestris demostraron un potente efecto herbicida sobre semillas de Lactuca sativa. Mediante el fraccionamiento biodirigido por CC y técnicas espectrales (GC-MS, IR, 1H-RMN, 13C-RMN, 2D-RMN) se pudo identificar la estructura molecular del ácido hamanásico ((4S, 8S)–7–carboxi–8–hidroxi- 1(2), 12(13)-dien-bisaboleno). Su presencia en F. campestris, y su actividad biológica, no habían sido descriptos con anterioridad y sugieren un potencial herbicida natural. En ambas especies se puede apreciar a simple vista su alto contenido en resinas, compuestos propuestos para reemplazar a los hidrocarburos en la fabricación de pinturas, pegamentos y adhesivos. Estudios preliminares en nuestro laboratorio señalan un contenido de entre un 20-40 % de resinas en la biomasa aérea de Flourensia, sin embargo, no existen al presente estudios sobre su composición química ni sobre su potencial aplicación industrial. Por otro lado, el desarrollo de cultivos energéticos, para la generación de electricidad por combustión de biomasa, constituye uno de los objetivos principales dentro de las políticas de energías renovables a nivel nacional (programa GENREN) y mundial. Las especies con mayor aptitud deben poseer altas tasas de crecimiento y un alto grado de tolerancia de adversidades bióticas y abióticas, lo que permitiría cultivarlos en áreas marginales para la agricultura tradicional, hechos que coinciden con las especies de Flourensia en estudio. Asimismo, el tratamiento térmico o pirólisis de biomasa proveniente de la agricultura es una de las alternativas de reutilización de la misma con distintos fines. Este pasivo ecológico puede ser transformado en productos de alto valor agregado. En base a lo expuesto, el objetivo general de este proyecto es investigar en las dos especies vegetales endémicas de Argentina y abundantes en la provincia de Córdoba, las características de los metabolitos secundarios en relación a su potencial aplicación agroquímica (herbicidas naturales), la composición de sus resinas para uso industrial y su rendimiento como materia prima de alta densidad energética para la cogeneración de electricidad y producción de biocombustible, en función del desarrollo de una agricultura sustentable. Para ello, el proyecto propone incrementar el rendimiento de la purificación de ácido hamanásico e identificar y cuantificar su presencia en otros órganos de F. campestris y en F.oolepis, con el objetivo de evaluar su efecto herbicida, mediante bioensayos en cápsulas de Petri, en especies cultivables y malezas. Los usos potenciales de las resinas se estudiarán en base a la identificación de sus compuestos químicos mediante su extracción y análisis espectrales (CG-MS). A través de la determinación del poder calorífico, contenido de cenizas y de nitrógeno de la biomasa aérea de las especies, se evaluará su rendimiento energético para emplear como biocombustible sólido en la cogeneración eléctrica, mientras que con la aplicación del método fast pyrolysis y análisis por CG-MS, se determinará su aplicación o su posterior modificación de acuerdo a las características del bio-oil deseado. El destino energético de las especies propuestas permitiría iniciar de manera rápida la etapa de domesticación y puesta en cultivo, y avanzar en el desarrollo de aplicaciones industriales más sofisticadas, como el aprovechamiento de sus propiedades bioactivas o el desarrollo de productos industriales basados en sus metabolitos secundarios.

ROL DE CATALASA CEREBRAL Y LA FORMACION DE ACETALDEHIDO SOBRE LAS PROPIEDADES MOTIVACIONALES DE ETANOL EN RATAS EXPUESTAS PERINATALMENTE A BAJAS DOSIS DE PLOMO

El plomo (Pb) es un neurotóxico del desarrollo con capacidad para alterar el balance redox del organismo y la actividad de enzimas antioxidantes, incluyendo catalasa (CAT). El etanol es una droga adictiva cuyos efectos motivacionales serían mediados por el acetaldehído, proceso catalizado por la enzima CAT cerebral. En base a estas consideraciones y a experimentos previos que demuestran un mayor consumo voluntario de etanol en ratas perinatalmente expuestas al Pb, se postula que esta enzima sería un sitio de acción común entre Pb (que induciría su activación a partir de la mayor producción de especies oxigenadas reactivas) y etanol (debido a la potenciación de la actividad de CAT producto de altas concentraciones de etanol en cerebro). En el presente proyecto se propone medir, en animales que han adquirido un patrón estable de consumo de etanol, la expresión cerebral de CAT por técnicas de Western blot y su actividad por técnicas espectrofotométricas en respuesta a: a) aminotriazol: AT (inhibidor de CAT; ver antecedentes), b) ácido 3-nitropropiónico: 3-NPA (activador de CAT), c) PEN, penicilamina (agente secuestrador de acetaldehído) y d) cianamida CIAN, inhibidor del metabolismo de acetaldehído). Se espera que la actividad y la abundancia de CAT estén influenciadas por la exposición a Pb y etanol y que respondan a las manipulaciones farmacológicas. Estos resultados serán complementados por mediciones de los niveles de etanol y acetaldehído en sangre. Se evaluará además la adquisición y reinstalación de las propiedades reforzantes tanto de etanol como de acetaldehído en la prueba de condicionamiento pavloviano asociado a un contexto. De observarse adquisición y/o reinstalación, se intentará bloquearla con AT o PEN, o por el contrario, restablecerla/potenciarla con 3-NPA o con CIAN. Se esperaría que el mayor consumo voluntario de etanol condicione una mayor conducta de búsqueda de la droga en el paradigma de preferencia a un sitio y que estas conductas puedan ser moduladas farmacológicamente por los agentes arriba descriptos. Estos resultados aportarán evidencias para el estudio de los mecanismos de acción de cada tóxico en particular, y para una nueva área de la Toxicología, la toxicidad de mezclas.

Aproximación al diseño de sistemas de bio-reactores para la delignificación de materiales lignocelulósicos y para la decontaminación de suelos y efluentes. Approximation to the design of bio-reactors systems for the delignificación of lignocellulosic materials and for the decontamination of soil and effluents

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS: Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes(por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas). The lignocellulosic raw materials of the agroindustrial activities can be taken advantage as source of lignin, hemicellulose and cellulose. The chemical treatment of this material is not easy because the above mentioned material is recalcitrant enough to such an assault, due to the presence of the lignin. This can be achieved also using the white-rot fungi of the wood. It produces extracellular ligninolitic enzymes, fundamentally Laccase, which oxidizes the lignin to CO2. The enzyme has application in such processes as in the delignification of lignocellulosic materials and in the biobleaching of fibers for paper industry, in the treatment of waste water of industrial plants, in the discoloration in textile industries, in the improvement of food for ruminants, in the detoxification of polutants and in bioremediation of contaminated soils. HYPOTHESIS: The white-rot fungi produce different types of enzymes, being the laccases the most adapted to explore them as catalysts in the following processes:  Delignification of residues of the forest industry in order to take advantage of such waste in the animal feed.  Decontamination of soils and / or waste waters. The studies will be conducted for the design of bio reactors that allow to answer to both questions raised in the hypothesis. For the delignification process of lignocellulosic material they propose two strategies: 1- to treat the material with the fungi 2-to use the partially purified enzyme to oxidize the polyphenolic compounds. For the soil and/or waste water decontamination process, we have: 3- Is know that the enzyme protects to the soil of the accumulation of organic dangerous compounds catalyzing reactions that involve degradation, polymerization and incorporation to complexes of the humic acid. There will be use soils incorporated into different pollutants. 4- We will work with waste waters (alpechins or the green olive debittering effluents.

APROXIMACIÓN AL DISEÑO DE SISTEMAS DE BIO-REACTORES PARA LA DELIGNIFICACIÓN DE MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS Y PARA LA DECONTAMINACIÓN DE SUELOS Y EFLUENTES

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes( por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas).

APLICACIÓN DE SUSTANCIAS ACTIVAS DE PLANTAS MEDICINALES COMO ADITIVOS ALIMENTARIOS PARA REDUCIR LOS EFECTOS CITOGENOTÓXICOS E INMUNOTÓXICOS INDUCIDOS POR OCRATOXINA A Y MEJORAR LA PRODUCCIÓN PORCINA.

La producción porcina se encuentra entre una de las más importantes en el continente americano. La carne y subproductos de cerdos alimentados con cereales contaminados por ocratoxina A (OTA) son también fuente de contaminación para el hombre. Esta toxina producida por diferentes especies de Aspergillus presenta propiedades nefrotóxicas, genotóxicas e inmunosupresoras. Actualmente hay un considerable interés en la industria de alimentos por las sustancias vegetales como una alternativa para la prevención de las micotoxicosis. Baccharis articulata y Minthostachys verticillata son plantas medicinales argentinas que han sido ampliamente estudiadas por nuestro grupo de investigación, demostrando propiedades antivirales, antimicrobianas, inmunomoduladoras y antioxidantes. Estudios recientes mostraron que ácido clorogénico aislado de B. articulata redujo los efectos tóxicos de OTA en linfocitos de ratas. Además, estudios in vitro e in vivo demostraron ausencia de efectos citotóxicos y genotóxicos para estas sustancias vegetales. La hipótesis planteada es: El aceite esencial y/o uno de sus componentes puros (limoneno) obtenidos de M. verticillata y los componentes mayoritarios de B. articulata, poseen capacidad para reducir los efectos citogenotóxicos e inmunotóxicos inducidos por OTA, permitiendo su utilización como aditivos alimentarios para el mejoramiento de la producción porcina”. El objetivo del proyecto es caracterizar in vitro e in vivo la capacidad de sustancias obtenidas de plantas medicinales para revertir los efectos tóxicos inducidos por OTA y su posible aplicación como aditivos biológicos en los agroecosistemas de producción porcina. Se recolectará el material vegetal y se obtendrá aceite esencial y extractos acuosos, luego se realizará la identificación y cuantificación de los compuestos puros por CG o HPLC. Para los ensayos de citotoxicidad in vitro, células Vero y PBMCs de ratas Wistar, se enfrentarán a diferentes concentraciones de las sustancias vegetales SV y OTA y la viabilidad celular será evaluada por test de captación de rojo neutro, tinción de exclusión al azul de tripán y método colorimétrico de MTT. La apoptosis inducida por OTA y el efecto protector de las SV se evaluará mediante análisis de fragmentación de ADN por TUNEL, expresión de caspasas-3 y 8 por Western-Blot, expresión de Bax, y Bcl-2 por inmunohistoquímica, RT-PCR y real time PCR y análisis de externalización de fosfatidilserina (FS) por citometría de flujo. Para los estudios in vivo se utilizarán ratas Wistar que serán alimentadas diariamente y por 28 días con diferentes dietas que incluirán el alimento balanceado adicionado con distintas concentraciones de OTA, SV o combinaciones de OTA+SV. Luego, se sacrificarán los animales y se determinará el daño genotóxico inducido por OTA y la reducción del daño por las SV, mediante el test de micronúcleos. También se caracterizará la respuesta inmune de las ratas tratadas determinando la producción de Ac por ELISA, y la respuesta de las PBMCs a mitógenos por citometría de flujo. Teniendo en cuenta los resultados preliminares obtenidos con ácido clorogénico, se esperan obtener similares resultados tanto con el aceite esencial de M. verticillata así como con los otros compuestos. También se espera que las SV adicionadas a las raciones alimentarias contaminadas con OTA, reduzcan los daños citogenotóxicos e inmunotóxicos que produce esta micotoxina. El proyecto posee un fuerte impacto sobre el sector productivo dado que, los riesgos relacionados con la contaminación por micotoxinas están presentes en todos los ámbitos del sector agrícola-ganadero, afectando la economía de nuestro país. La incorporación de sustancias vegetales, inocuas, como aditivos alimentarios para disminuir los efectos tóxicos que causa OTA aportará conocimientos y tecnología a la industria pecuaria y alimentaria para mejorar la producción porcina así como la calidad de la carne y los subproductos destinados a consumo humano