La Tècnica FISH i el microscopi confocal aplicats a la determinació de fraccions de biomassa en un reactor aerobi nitrificant

Vegeu el resum del projecte de final de carrera en el document adjunt ResumPFCMarsol

Eliminació simultània de fòsfor i nitrogen en aigües residuals, utilitzant microorganismes DPAO en un reactor discontinu seqüencial (SBR)

En aquest estudi es realitzà eliminació biològica simultània de fòsfor i nitrogen en un Reactor Discontinu Seqüencial (SBR), el qual conté una biomassa enriquida amb Organismes Desnitrificadors Acumuladors de Fòsfor (DPAO) que utilitzen com a única font de carboni l’àcid propiònic i com acceptors d’electrons: nitrit en la fase anòxica i oxigen en l’aeròbica. L’SBR opera amb cicle de 8 h alternant fase anaeròbica, anòxica i aeròbica. El seguiment del sistema es realitzà mitjançant mesures on-line (titrimetria) i off-line (quantificació d’àcid propiònic, nitrit i fòsfor), utilitzant l’HPLC per quantificar l’àcid propiònic i cromatografia iònica per les mesures de nitrit i fòsfor. Amb aquest sistema es pretén augmentar la captació de fòsfor en la fase anòxica fet que s’aconseguí realitzant diferents canvis al reactor per tal de maximitzar el consum de nitrit en aquesta fase, ja fos allargant el temps de fase o augmentant la concentració de biomassa. Aquest experiment ha suposat un augment de la captació de fòsfor (33 mg P-PO4 3-/L), de l’eliminació neta de fòsfor (17 mg P-PO4 3-/L) i de consum de nitrit (27 mg N-NO2-). Per altra banda, es pretenia veure els efectes a curt termini de l’eliminació de la fase aeròbica a partir del seguiment de 2 cicle puntuals i d’un cicle de 32 h sense fase aeròbica. En ambdós casos s’aconseguí una eliminació neta de fòsfor.

La depuradora de Begues: reactor biològic o aiguamolls construïts?. Estudi comparatiu dels vectors: paràmetres de l'H2O, fangs produïts, costos capitals i d'explotació, personal

L’objectiu del present estudi és comparar els vectors de paràmetres de l’aigua, producció de fangs, costos i personal entre 2 tipus d’instal·lacions EDAR al municipi de Begues; una ja existent amb tractament secundari i terciari mitjançant un reactor biològic i una potencial amb tractament secundari i terciari mitjançant aiguamolls construïts. La finalitat del projecte és determinar, gràcies a l’estudi dels principals vectors ambientals de la infraestructura i a altres estudiats per na Susana Forero Sánchez, quina de les 2 tipologies d’instal·lació s’ajusta més al territori i a les necessitats de tractament de les aigües del mateix. Els resultats de la investigació indiquen que tant els costos d’explotació com la producció de fangs i el personal donen avantatge als aiguamolls construïts, però els costos capitals i el tractament de nutrients són favorables per a la depuradora actual. Amb el projecte de Susana Forero Sánchez, les conclusions que es poden establir en referència a la decisió d’instal·lar una depuradora o una altra segons els vectors estudiats indiquen que l’EDAR sense aiguamolls té més probabilitat de ser escollida com la més adient per les necessitats del territori d’estudi.

La depuradora de Begues: reactor biològic o aiguamolls construïts?. Estudi comparatiu dels vectors: superfície, consum energètic, integració en el medi

L’objectiu del present estudi és comparar els vectors de superfície, consum energètic i integració en el medi entre 2 tipus d’instal·lacions EDAR al municipi de Begues; una ja existent amb tractament secundari i terciari mitjançant un reactor biològic i una potencial amb tractament secundari i terciari mitjançant aiguamolls construïts. La finalitat del projecte és determinar, gràcies a l’estudi dels principals vectors ambientals de la infraestructura i a altres estudiats per en Jordi Gómez Castillo, quina de les 2 tipologies d’instal·lació s’ajusta més al territori i a les necessitats de tractament de les aigües del mateix. Els resultats de la investigació indiquen que els aiguamolls construïts fan un ús més productiu del sòl però ocupen l’espai de reserva disponible amb el sistema de reactor biològic. A més, consumeixen 50kWh/dia menys que l’altra instal·lació, fet que implica un 7% menys d’emissions de CO2 anuals. Finalment, tenen una millor integració en el medi i proporcionen uns beneficis auxiliars afegits. Amb el projecte d’en Jordi Gómez Castillo, les conclusions que es poden establir en referència a la decisió d’instal·lar una depuradora o una altra indiquen que l’EDAR sense aiguamolls té més probabilitat de ser escollida com la més adient per les necessitats del territori d’estudi.

Modelització i control d'un reactor de producció d'hidrogen per a l'alimentació de piles de combustible

Les piles de combustible permeten la transformació eficient de l’energia química de certs combustibles a energia elèctrica a través d’un procés electroquímic. De les diferents tecnologies de piles de combustible, les piles de combustible de tipus PEM són les més competitives i tenen una gran varietat d’aplicacions. No obstant, han de ser alimentades únicament per hidrogen. Per altra banda, l’etanol, un combustible interessant en el marc dels combustibles renovables, és una possible font d’hidrogen. Aquest treball estudia la reformació d’etanol per a l’obtenció d’hidrogen per a alimentar piles de combustible PEM. Només existeixen algunes publicacions que tractin l’obtenció d’hidrogen a partir d’etanol, i aquestes no inclouen l’estudi dinàmic del sistema. Els objectius del treball són el modelat i l’estudi dinàmic de reformadors d’etanol de baixa temperatura. Concretament, proposa un model dinàmic d’un reformador catalític d’etanol amb vapor basat en un catalitzador de cobalt. Aquesta reformació permet obtenir valors alts d’eficiència i valors òptims de monòxid de carboni que evitaran l’enverinament d’una la pila de combustible de tipus PEM. El model, no lineal, es basa en la cinètica obtinguda de diferents assaigs de laboratori. El reformador modelat opera en tres etapes: deshidrogenació d’etanol a acetaldehid i hidrogen, reformat amb vapor d’acetaldehid, i la reacció WGS (Water Gas Shift). El treball també estudia la sensibilitat i controlabilitat del sistema, caracteritzant així el sistema que caldrà controlar. L’anàlisi de controlabilitat es realitza sobre la resposta de dinàmica ràpida obtinguda del balanç de massa del reformador. El model no lineal és linealitzat amb la finalitat d’aplicar eines d’anàlisi com RGA, CN i MRI. El treball ofereix la informació necessària per a avaluar la possible implementació en un laboratori de piles de combustibles PEM alimentades per hidrogen provinent d’un reformador d’etanol.

Intelligent PCA contribution analysis for quality estimation in batch processes. Application in a sequencing batch reactor for wastewater treatment

En aquest treball, es proposa un nou mètode per estimar en temps real la qualitat del producte final en processos per lot. Aquest mètode permet reduir el temps necessari per obtenir els resultats de qualitat de les anàlisi de laboratori. S'utiliza un model de anàlisi de componentes principals (PCA) construït amb dades històriques en condicions normals de funcionament per discernir si un lot finalizat és normal o no. Es calcula una signatura de falla pels lots anormals i es passa a través d'un model de classificació per la seva estimació. L'estudi proposa un mètode per utilitzar la informació de les gràfiques de contribució basat en les signatures de falla, on els indicadors representen el comportament de les variables al llarg del procés en les diferentes etapes. Un conjunt de dades compost per la signatura de falla dels lots anormals històrics es construeix per cercar els patrons i entrenar els models de classifcació per estimar els resultas dels lots futurs. La metodologia proposada s'ha aplicat a un reactor seqüencial per lots (SBR). Diversos algoritmes de classificació es proven per demostrar les possibilitats de la metodologia proposada.

Gp74 a membrane glycoprotein of the cis-Golgi network that cycles through the endoplasmic reticulum and intermediate compartment

A monoclonal antibody CC92 (IgM), raised against a fraction of rat liver enriched in Golgi membranes, recognizes a novel Endo H-resistant 74-kD membrane glycoprotein (gp74). The bulk of gp74 is confined to the cis-Golgi network (CGN). Outside the Golgi gp74 is found in tubulovesicular structures and ER foci. In cells incubated at 37 degrees C the majority of gp74 is segregated from the intermediate compartment (IC) marker p58. However, in cells treated with organelle perturbants such as low temperature, BFA, and [AIF4]- the patterns of the two proteins become indistinguishable. Both proteins are retained in the Golgi complex at 20 degrees C and in the IC at 15 degrees C. Incubation of cells with BFA results in relocation of gp74 to p58 positive IC elements. [AIF4]- induces the redistribution of gp74 from the Golgi to p58-positive vesicles and does not retard the translocation of gp74 to IC elements in cells treated with BFA. Disruption of microtubules by nocodazol results in the rapid disappearance of the Golgi elements stained by gp74 and redistribution of the protein into vesicle-like structures. The responses of gp74 to cell perturbants are in sharp contrast with those of cis/middle and trans-Golgi resident proteins whose location is not affected by low temperatures or [AIF4]-, are translocated to the ER upon addition of BFA, and stay in slow disintegrating Golgi elements in cells treated with nocodazol. The results suggest that gp74 is an itinerant protein that resides most of the time in the CGN and cycles through the ER/IC following the pathway used by p58.

PDMP blocks brefeldin a-induced retrograde membrane transport from Golgi to ER: evidence for involvement of calcium homeostasis and dissociation from sphingolipid metabolism

In this study, we show that an inhibitor of sphingolipid biosynthesis, d,l-threo-1-phenyl-2- decanoylamino-3-morpholino-1-propanol (PDMP), inhibits brefeldin A (BFA)-induced retrograde membrane transport from Golgi to endoplasmic reticulum (ER). If BFA treatment was combined with or preceded by PDMP administration to cells, disappearance of discrete Golgi structures did not occur. However, when BFA was allowed to exert its effect before PDMP addition, PDMP could not ¿rescue¿ the Golgi compartment. Evidence is presented showing that this action of PDMP is indirect, which means that the direct target is not sphingolipid metabolism at the Golgi apparatus. A fluorescent analogue of PDMP, 6-(N-[7-nitro-2,1,3-benzoxadiazol-4-yl]amino)hexanoyl-PDMP (C6-NBD-PDMP), did not localize in the Golgi apparatus. Moreover, the effect of PDMP on membrane flow did not correlate with impaired C6-NBD-sphingomyelin biosynthesis and was not mimicked by exogenous C6-ceramide addition or counteracted by exogenous C6-glucosylceramide addition. On the other hand, the PDMP effect was mimicked by the multidrug resistance protein inhibitor MK571. The effect of PDMP on membrane transport correlated with modulation of calcium homeostasis, which occurred in a similar concentration range. PDMP released calcium from at least two independent calcium stores and blocked calcium influx induced by either extracellular ATP or thapsigargin. Thus, the biological effects of PDMP revealed a relation between three important physiological processes of multidrug resistance, calcium homeostasis, and membrane flow in the ER/ Golgi system.

Vacuole membrane protein 1 is an endoplasmic reticulum protein required for organelle biogenesis, protein secretion, and development

Vacuole membrane protein 1 (Vmp1) is membrane protein of unknown molecular function that has been associated with pancreatitis and cancer. The social amoeba Dictyostelium discoideum has a vmp1-related gene that we identified previously in a functional genomic study. Loss-of-function of this gene leads to a severe phenotype that compromises Dictyostelium growth and development. The expression of mammalian Vmp1 in a vmp1 Dictyostelium mutant complemented the phenotype, suggesting a functional conservation of the protein among evolutionarily distant species and highlights Dictyostelium as a valid experimental system to address the function of this gene. Dictyostelium Vmp1 is an endoplasmic reticulum protein necessary for the integrity of this organelle. Cells deficient in Vmp1 display pleiotropic defects in the secretory pathway and organelle biogenesis. The contractile vacuole, which is necessary to survive under hypoosmotic conditions, is not functional in the mutant. The structure of the Golgi apparatus, the function of the endocytic pathway and conventional protein secretion are also affected in these cells. Transmission electron microscopy of vmp1 cells showed the accumulation of autophagic features that suggests a role of Vmp1 in macroautophagy. In addition to these defects observed at the vegetative stage, the onset of multicellular development and early developmental gene expression are also compromised.

Botulinum neurotoxin type A blocks the morphological changes induced by chemical stimulation on the presynaptic membrane of Torpedo synaptosomes.

The action of botulinum neurotoxin on acetylcholine release, and on the structural changes at the presynaptic membrane associated with the transmitter release,was studied by using a subcellular fraction of cholinergic nerve terminals (synaptosomes) isolated from the Torpedo electric organ. Acetylcholine and ATP release were continuously monitored by chemiluminescent methods.To catch the membrane morphological changes, the quick-freezing method was applied. Our results show that botulinum neurotoxin inhibits the release of acetylcholine from these isolated nerve terminals in a dose-dependent manner, whereas ATP release is not affected. The maximal inhibition (70%) is achieved at neurotoxin concentrations as low as 125 pM with an incubation time of 6 min. This effect is not linked to an alteration of the integrity of the synaptosomes since, after poisoning by botulinum neurotoxin type A, they show a nonmodified occluded lactate dehydrogenase activity. Moreover, membrane potential is not altered by the toxin with respect to the control, either in resting condition or after potassium depolarization. In addition to acetylcholine release inhibition, botulinum neurotoxin blocks the rearrangement of the presynaptic intramembrane particles induced by potassium stimulation. The action of botulinum neurotoxin suggests that the intramembrane particle rearrangement is related to the acetylcholine secretion induced by potassium stimulation in synaptosomes isolated from the electric organ of Torpedo marmorata.

Knock, knock, knocking on muscle doors. Visions on the transport of substrates across the plasma membrane in muscle.

Muscle is a major player in metabolism. It uses large amounts of glucose in the absorptive state and changes in muscle insulin-stimulated glucose uptake alter whole-body glucose disposal. Lipid substrates such as fatty acids or ketone bodies are preferentially used by muscle in certain physiological conditions. Muscle is also the main reservoir of amino acids and protein. The activity of many different plasma membrane transporters such as glucose carriers, carnitine, creatine or amino acid transporters maintain muscle metabolism by taking up or releasing substrates or metabolites across the cell surface. The goal of this review is the molecular characterization of muscle membrane transporter proteins and the analysis of their regulatory roles.

Nanoscale electrical conductivity of the purple membrane monolayer

Nanoscale electron transport through the purple membrane monolayer, a two-dimensional crystal lattice of the transmembrane protein bacteriorhodopsin, is studied by conductive atomic force microscopy. We demonstrate that the purple membrane exhibits nonresonant tunneling transport, with two characteristic tunneling regimes depending on the applied voltage (direct and Fowler-Nordheim). Our results show that the purple membrane can carry significant current density at the nanometer scale, several orders of magnitude larger than previously estimated by macroscale measurements.

Self-sustained spatiotemporal oscillations induced by membrane-bulk coupling

We propose a novel mechanism leading to spatiotemporal oscillations in extended systems that does not rely on local bulk instabilities. Instead, oscillations arise from the interaction of two subsystems of different spatial dimensionality. Specifically, we show that coupling a passive diffusive bulk of dimension d with an excitable membrane of dimension d-1 produces a self-sustained oscillatory behavior. An analytical explanation of the phenomenon is provided for d=1. Moreover, in-phase and antiphase synchronization of oscillations are found numerically in one and two dimensions. This novel dynamic instability could be used by biological systems such as cells, where the dynamics on the cellular membrane is necessarily different from that of the cytoplasmic bulk.