Aislamiento y caracterización de bacterias endosimbióticas procedentes de suelos contaminados por cobre en Chile

El uso intensivo de compuestos de cobre como herbicidas y fungicidas provoca la contaminación de suelos de uso agrícola debido a la acumulación de este metal en las capas más superficiales del suelo. Se sabe que la presencia de cobre y otros metales pesados afecta negativamente a las interacciones simbióticas que se establecen entre bacterias diazotróficas de los géneros Rhizobium, Sinorhizobium y Bradyrhizobium y leguminosas de interés agrícola (Laguerre et al., 2006). El objetivo de este trabajo es estudiar la diversidad de cepas endosimbióticas de leguminosas en suelos agrícolas chilenos que presentan un elevado contenido en cobre como resultado de la contaminación con residuos de extracciones mineras. Además, se pretende caracterizar el nivel de resistencia a cobre en las cepas aisladas con objeto de identificar aquellas altamente eficientes que puedan ser utilizadas como inoculantes microbianos. Para ello, se han prospectado 9 suelos agrícolas de las regiones III, V y VI de Chile con contenidos muy variables de metales. Utilizando estos suelos como inóculos de plantas trampa de leguminosas se ha obtenido una colección de 362 cepas aisladas de nódulos de guisante (Pisum sativum), judía (Phaseolus vulgaris) y alfalfa (Medicago sativa). Los análisis filogenéticos y los ensayos de resistencia a cobre realizados han permitido caracterizar y seleccionar aquellas cepas con mayores niveles de resistencia a este metal. Los resultados demuestran que los suelos altamente contaminados por cobre poseen una menor diversidad de bacterias endosimbióticas; las cepas más resistentes han sido aisladas de los suelos con niveles de contaminación intermedia. Los análisis fenotípicos y moleculares realizados sobre las cepas más resistentes han demostrado la existencia de sistemas de resistencia a cobre inducibles por este metal y potencialmente implicados en su homeostasis.

Potenciación de la respuesta productiva en rumiantes mediante el empleo de proteínas protegidas

El principal objetivo de esta tesis fue incrementar la eficiencia proteica en las dietas de rumiantes mediante el uso de proteínas protegidas (harina de girasol y guisante de primavera), así como mejorar la predicción de los aportes de proteína microbiana. Una partida de harinas comerciales de girasol (HG) y de guisante de primavera (GP) fueron tratadas con soluciones 4 N de ácido málico (268,2 g/L) o ácido ortofosfórico (130,6 g/L). Para cada harina, ácido y día de tratamiento, dos fracciones de 12,5 kg fueron pulverizadas sucesivamente en una hormigonera con la solución de ácido correspondiente mediante un pulverizador de campo. Las dos fracciones fueron mezcladas posteriormente y se dejaron reposar durante 1 h a temperatura ambiente. La mezcla fue luego secada en una estufa de aire forzado a 120 ºC durante 1 h. La estufa fue apagada inmediatamente después y el material tratado se mantuvo dentro de ésta hasta la mañana siguiente. El material fue removido durante el proceso de secado cada 30 min durante las primeras 2 h y cada 60 min durante las 5 h posteriores. Este proceso se repitió hasta conseguir las cantidades de harinas tratadas necesarias en los distintos ensayos. En el primer experimento (capitulo 3) se llevaron a cabo estudios de digestión ruminal e intestinal para evaluar los efectos de la aplicación de las soluciones ácidas indicadas y calor a fin de proteger las proteínas de HG y GP contra la degradación ruminal. Estos estudios se realizaron con tres corderos canulados en el rumen y en el duodeno. El estudio de digestión ruminal fue realizado en tres periodos experimentales en los que los corderos fueron alimentados sucesivamente con tres dietas isoproteicas que incluían HG y GP, sin tratar o tratadas con ácidos málico u ortofosfórico. Cada periodo experimental de 21 días incluyó sucesivamente: 10 días de adaptación a las dietas, un estudio del tránsito ruminal de las partículas de HG y GP (días 11 a 14), y la incubación de las muestras de ambos alimentos en bolsas de nailon (días 15–21). Las harinas incubadas en cada periodo experimental correspondieron a las que fueron incluidas en las dietas. Las bacterias ruminales fueron marcadas desde el día 11 hasta el día 21 del periodo experimental mediante infusión intra-ruminal continua con una fuente de 15N. Tras finalizar las incubaciones in situ el día 21 el rumen fue vaciado en cada periodo para aislar las bacterias asociadas a la fase sólida y liquida del rumen. El estudio de digestión intestinal fue realizado veinte días después del final del estudio ruminal a fin de eliminar el enriquecimiento en 15N de la digesta. En este estudio se incubaron muestras compuestas obtenidas mediante la combinación de los diferentes residuos no degradados en el rumen de forma que fuesen representativas de la composición química de la fracción no degradada en el rumen (RU). En esta fase los corderos fueron alimentados con la dieta sin tratar para determinar la digestibilidad de las harinas tanto tratadas como sin tratar mediante la técnica de las bolsas móviles. Además, las proteínas contenidas en las harinas tratadas y sin tratar, así como en las muestras correspondientes a los residuos a 0 h, las muestras compuestas anteriormente indicadas y las muestras no digeridas intestinalmente fueron extraídas y sometidas a electroforesis para determinar el sitio de digestión de las diferentes fracciones proteicas. Las estimaciones de la RU y la digestibilidad intestinal de la materia seca, la materia orgánica (solamente para RU), la proteína bruta (PB) y el almidón (solamente en GP) fueron obtenidos considerando la contaminación microbiana y las tasas de conminución y salida de partículas. Las estimaciones de RU y de la digestibilidad intestinal disminuyeron en todas las fracciones evaluadas de ambos alimentos al corregir por la contaminación microbiana acaecida en el rumen. Todas las estimaciones de RU aumentaron con los tratamientos de protección, incrementándose también la digestibilidad intestinal de la materia seca en la HG. Los bajos valores de la digestibilidad de la proteína de GP tratado y sin tratar sugieren la presencia de algún factor antitripsico no termolábil es esta harina. Los tratamientos de protección incrementaron consistentemente la fracción de materia seca y PB digerida intestinalmente en los dos alimentos, mientras que la fracción de almidón en la muestra de GP solamente aumentó numéricamente (60,5% de media). Sin embargo, los tratamientos también redujeron la fermentación de la materia orgánica, lo cual podría disminuir la síntesis de proteína microbiana. Los estudios de electroforesis muestran la práctica desaparición de la albumina por la degradación ruminal en ambos alimentos, así como que los cambios en otras proteínas de la muestra RU fueron más pronunciados en GP que en HG. La composición de las bacterias asociadas con las fases de digesta ruminal sólida (BAS) y líquida (BAL) fue estudiada para revisar la precisión de un sistema de predicción previo que determinaba la infravaloración del aporte de nutrientes correspondiente a las BAS cuando de usa 15N como marcador y las BAL como referencia microbiana (capitulo 4). Al comparar con BAS, BAL mostraron menores contenidos en materia orgánica, polisacáridos de glucosa y lípidos totales y un mayor contenido en PB, así como un mayor enriquecimiento en 15N. Los datos obtenidos en el estudio actual se ajustan bien a la ecuación previa que predice el enriquecimiento en 15N de las BAS a partir del mismo valor en BAL. Esta nueva ecuación permite establecer que se produce una infravaloración de un 22% en el aporte de PB al animal a partir de las BAS sintetizadas si las BAL son usadas como muestras de referencia. Una segunda relación calculada utilizando los valores medios por dieta expuestos en numerosos trabajos encontrados en la literatura confirma la magnitud de este error. Esta infravaloración asociada al uso de BAL como referencia fue mayor para el aporte de glucosa (43,1%) y todavía mayor para el aporte de lípidos (59,9%), como consecuencia de los menores contenidos de ambas fracciones en BAL frente a SAB. Estos errores deberían ser considerados para obtener mayor precisión en la estimación del aporte de nutrientes microbianos y mejorar la nutrición de los rumiantes. En el experimento 2 se realizó un estudio de producción (capitulo 5) para evaluar los efectos del tratamiento de las harinas HG y GP con soluciones de ácido málico o ácido ortofosfórico sobre el crecimiento, el consumo de concentrado y el rendimiento y engrasamiento de las canales de corderos de engorde. Noventa corderos machos de cruce entrefino procedentes de tres granjas comerciales (peso inicial medio = 14,6, 15,3 y 13,3 kg, respectivamente) fueron asignados aleatoriamente a cinco dietas con diferentes niveles de proteína y diferentes tratamientos con ácidos y engordados hasta un peso medio al sacrificio de 25 kg. Las fuentes de proteína en el pienso control (C; PB=18,0%) fueron harina de soja, HG y GP sin tratar. En tres de los piensos experimentales, las harinas tratadas con ácido ortofosfórico sustituyeron a las de HG y GP sin tratar (Control Ortofosfórico, PC; PB=18,0% sobre materia seca), sustituyéndose, además, la harina de soja parcialmente (Sustitución Media Ortofosfórico, MSP; PB=16,7%) o totalmente (Sustitución Total Ortofosfórico, TSP; PB=15,6%). Finalmente, en uno de los piensos el ácido ortofosfórico fue reemplazo por acido málico para proteger ambas harinas (Sustitución Media Málico, MSM; PB= 16,7%). La paja de trigo (fuente de forraje) y el concentrado fueron ofrecidos ad libitum. Dieciocho corderos fueron distribuidos en seis cubículos con tres animales para cada dieta. Los datos fueron analizados según un análisis factorial considerando el peso inicial como covariable y la granja de procedencia como bloque. Los datos de consumo de concentrado y eficiencia de conversión fueron analizados usando el cubículo como unidad experimental, mientras que los datos sobre ganancia media diaria, rendimiento a la canal, grasa dorsal y grasa pélvico renal fueron analizados usando el cordero como unidad experimental. No se encontró ningún efecto asociado con el nivel de PB sobre ninguna variable estudiada. Esto sugiere que usando proteínas protegidas es posible utilizar concentrados con 15,6% de PB (sobre materia seca) disminuyendo así la cantidad de concentrados de proteína vegetal a incluir en los piensos y la calidad de los concentrados proteicos. Los corderos alimentados con la dieta MSM tuvieron mayores ganancias medias diarias (15,2%; P= 0,042), y mejores rendimiento a la canal en caliente (1,3 unidades porcentuales; P= 0,037) que los corderos alimentados con el concentrado MSP. Esto podría ser explicado por los efectos benéficos ruminales del malato o por el mayor efecto de protección conseguido con el ácido málico. ABSTRACT The main objective of this thesis project was to increase the protein efficiency in ruminant diets by using protected protein (sunflower meal and spring pea), and improving the prediction of microbial protein supply. Commercial sunflower meal (SFM) and spring pea (SP) were treated with 4 N solutions (200 mL/kg) of malic acid (268.2 g/L) or orthophosphoric acid (130.6 g/L). Daily, two fractions of 12.5 kg of one of these meals were successively sprayed with the tested acid solution in a concrete mixer using a sprayer. Both fractions were then mixed and allowed to rest for 1 h at room temperature. The blend was then dried in a forced air oven at 120 ºC for 1 h. Then the oven was turned off and the treated material was left in the oven overnight. During the drying process, the material was stirred every 30 min during the first 2 h and then every 60 min for the subsequent 5 h. This process was repeated until the amounts of treated flour needed for the different trials performed. In the first experiment (chapter 3), ruminal and intestinal digestion trials were conducted to study the effects of the application of these acid solutions and heat to protect proteins of SFM and SP against ruminal degradation using three wethers fitted with rumen and duodenum cannulae. The ruminal digestion study was carried out in three experimental periods in which the wethers were successively fed three isoproteic diets including SFM and SP, untreated or treated with malic or orthophosphoric acids. The experimental periods of 21 days included successively: 10 days of diet adaptation, SFM and SP particle ruminal transit study (days 11–14) and ruminal nylon-bag incubations (days 15–21). The meals incubated in each experimental period were those corresponding to the associated diet. Rumen bacteria were labelled from days 11 to 21 by continuous intra-ruminal infusion of a 15N source and the rumen was emptied at the end of in situ incubations in each period to isolate solid adherent bacteria and liquid associate bacteria. The intestinal digestion trial was conducted twenty days after the end of the ruminal studies to eliminate the 15N enrichment in the digesta. The tested samples were composite samples obtained pooling the different ruminally undegraded residues to be representative of the chemical composition of the ruminally undegraded fraction (RU). Wethers were fed the untreated diet to determine the intestinal digestibility of untreated and treated meals using the mobile nylon bag technique. In addition, protein in untreated and treated meals and their 0 h, composite and intestinally undigested samples were extracted and subjected to electrophoresis to determine the digestion site of the different protein fractions. Estimates of the RU and its intestinal digestibility of dry matter, organic matter (only for RU), crude protein (CP) and starch (only in SP) were obtained considering ruminal microbial contamination and particle comminution and outflow rates. When corrected for the microbial contamination taking place in the rumen, estimates of RU and intestinal digestibility decreased in all tested fractions for both feeds. All RU estimates increased with the protective treatments, whereas intestinal digestibility-dry matter also increased in SFM. Low intestinal digestibility-CP values in untreated and treated samples suggested the presence of non-heat labile antitrypsin factors in SP. Protective treatments of both feeds led to consistent increases in the intestinal digested fraction of dry matter and CP, being only numerically different for SP-starch (60.5% as average). However, treatments also reduced the organic matter fermentation, which may decrease ruminal microbial protein synthesis. Electrophoretic studies showed albumin disappearance in both SFM and SP, whereas changes in other RU proteins were more pronounced in SP than SFM. The chemical composition of bacteria associated with solid (SAB) and liquid (LAB) rumen-digesta phases was studied to examine the accuracy of a previous regression system determining the underevaluation of SAB-nutrient supply using 15N as marker and LAB as microbial reference (chapter 4). Compared with SAB, LAB showed lower contents of organic matter, polysaccharide-glucose and total lipids and the opposite for the CP content and the 15N enrichment. Present data fitted well to the previous relationship predicting the 15N enrichment of SAB from the same value in LAB. This new equation allows establishing an underevaluation in the supply of CP from the synthesized SAB in 22.0% if LAB is used as reference. Another relationship calculated using mean diet values from the literature confirmed the magnitude of this error. This underevaluation was higher for the supply of glucose (43.1%) and still higher for the lipid supply (59.9%) as a consequence of the lower contents of these both fractions in LAB than in SAB. These errors should be considered to obtain more accurate estimates of the microbial nutrient supply and to improve ruminant nutrition. A production study was performed in experiment 2 (chapter 5) to examine the effects of treating SFM and SP meals with orthophosphoric or malic acid solutions on growth performance, concentrate intake, and carcass yield and fatness of growing-fattening lambs. Ninety "Entrefino" cross male lambs from three commercial farms (average initial body weights (BW) = 14.6, 15.3 and 13.3 kg) were randomly assigned to five diets with different acid treatment and protein levels, and fattened to an average slaughter weight of 25 kg. Protein sources in the control concentrate (C; CP=18%) were soybean meal and untreated SFM and SP. In three of the experimental concentrates, orthophosphoric acid-treated meals substituted untreated SFM and SP (Orthophosphoric Control, PC; CP=18% dry matter basis), and soybean meal was partially (Medium Substitution Orthophosphoric, MSP; CP=16.7%) or totally removed (Total Substitution Orthophosphoric, TSP; CP=15.6%). In addition, in one concentrate orthophosphoric acid was replaced by malic acid to protect these meals (Medium Substitution Malic, MSM; CP= 16.7%). Wheat straw (roughage source) and concentrate were offered ad libitum. Eighteen lambs were allocated to six pens of three animals on each diet. Data were analyzed using a factorial analysis with initial body weight BW as covariate and farm of origin as block. Data on concentrate intake and feed conversion efficiency were analyzed using pen as experimental unit, while data on average daily gain, carcass yield, dorsal fat, and kidney-pelvic-fat were analyzed with lamb as experimental unit. No effect associated with the CP level was observed on any parameter. This suggests that with protected proteins it is possible to feed concentrates with 15.6% CP (dry matter basis) reducing the quantity of vegetable protein meals to include in the concentrate as well as the quality of the protein concentrates. Lambs feed MSM had higher average daily gains (15.2%; P= 0.042), and better hot carcass yields (1.3 percentage points; P= 0.037) than lambs feed MSP. This probably can be explained by ruminal malate actions and by greater protection effects obtained with malic acid.

Biotecnología forestal aplicada a la producción de madera de nogal

Los nogales son especies pertenecientes a la familia Juglandaceae, ampliamente distribuidos por las zonas templadas y subtropicales del planeta. Son apreciados desde la antigüedad por la calidad de sus frutos y su madera. Su grado de domesticación es relativamente bajo comparado con cultivos alimenticios, e incluso respecto a otras especies forestales. Aunque el mercado de la madera de nogal suele mover grandes cantidades de dinero, su producción está basada principalmente en explotaciones extensivas, creciendo bajo sistemas poco tecnificados. Algunos intentos se han realizado en los EUA y Europa para la obtención de variedades madereras de nogal, pero ya sea por sus prolongados ciclos biológicos, por la complejidad genética de los caracteres sobre los que habría que incidir, por la escasa experiencia acumulada en programas de mejoramiento o por las limitaciones de los protocolos comerciales de reproducción asexual disponibles, lo cierto es que no existen genotipos seleccionados y destinados para tal fin. Poseer la capacidad de reproducir asexualmente los genotipos selectos es el complemento necesario de los programas de mejoramiento genético. Igualmente constituye la base de cualquier sistema productivo intensivo. Los sistemas de propagación vegetativa tradicionales en la familia Juglandaceae, además de ser inefectivos para la producción de elevados volúmenes de plantas, implican una gran complejidad en su ejecución y sus resultados suelen ser impredecibles. La micropropagación se plantea como la mejor alternativa para superar las dificultades de estas técnicas. Sin embargo, los nogales son considerados como altamente recalcitrantes al cultivo de tejidos, lo que provoca que sólo muy pocos genotipos sean propagados de forma comercial. Varias fases de la micropropagación de los nogales son especialmente conflictivas, e inciden de manera individual, y en su conjunto, sobre el resultado final. El control de los contaminantes microbianos, junto con la emisión de sustancias fenólicas y el decaimiento de los cultivos dificultan el establecimiento in vitro de la gran mayoría de los genotipos. La re-emergencia de microorganismos durante la proliferación es una fuente de pérdidas importante que también puede conducir al fracaso de la micropropagación. Las bajas tasas de enraizamiento y la elevada mortalidad registrada durante la aclimatación, unidas a factores genéticos, terminan por limitar la utilización comercial de esta tecnología a unos pocos genotipos. Con el objetivo de desarrollar un protocolo de micropropagación pre-comercial para el nogal híbrido maderero, se incidió en la solución de los principales problemas que dificultan la definición de ésta como una tecnología funcional para la producción de clones de ortetos selectos, al menos, para aquellos genotipos que pudieron ser establecidos in vitro. Así, aquí se presenta una metodología para el establecimiento in vitro que reduce la complejidad de esta fase y mejora el porcentaje de éxito durante la introducción. Igualmente se profundizó en el saneamiento de material contaminado y en el desarrollo de una herramienta que sirva para abordar el control de la re-emergencia microbiana durante la proliferación. También se analizan los elementos claves de este protocolo que garantizan la obtención de microbrotes de calidad enraizables, potencialmente capaces de soportar el paso a condiciones ex vitro. La evaluación de aspectos como la sustitución del FeEDTA por el FeEDDHA como fuente hierro, la introducción del Floroglucinol en el medio de cultivo de proliferación y la determinación de una fuente de carbono adecuada para la formación de las raíces, junto con un manejo adecuado de la fase previa a la pre-inducción radical, fueron determinantes en la micropropagación de hasta 14 genotipos de nogal híbrido maderero. Adicionalmente, la realización de un análisis detallado del sistema radical permitió comprobar que la metodología propuesta favorece la producción de raíces que están conectadas vascularmente con el tallo, lo que unido a la presencia de estomas morfológicamente normales, permite reducir las pérdidas por estas causas y favorece el proceso de endurecimiento. Como complemento del programa de mejora y de clonación, se abordó el desarrollo de una herramienta que permitiera identificar y diferenciar las selecciones. Buscando combinar la simplicidad de la técnica con el máximo poder discriminativo posible, se eligió el uso de marcadores genéticos del tipo SSR. En una primera aproximación, se evaluó la conveniencia de emplear primers previamente publicados (Woeste et al. 2002) y utilizados en varias especies de la familia Juglandaceae (Dangl et al. 2005, Victory et al. 2006, Ross-Davis y Woeste 2008, entre otros autores). A pesar de que la mayoría de las parejas de cebadores evaluadas rindieron productos de amplificación interpretables, su capacidad de clasificación conjunta fue muy reducida y de uso muy limitado en una población afectada por un alto grado de parentesco. Por esta razón fue necesario desarrollar una batería de marcadores microsatélites diseñados específicamente para el nogal híbrido maderero. De las 700 regiones secuenciadas, finalmente 24 parejas demostraron ser funcionales y lo suficientemente polimórficas como para discriminar entre medios hermanos. Al ser utilizadas 10 de las nuevas parejas de primers, junto con 2 de la genoteca desarrollada por Woeste et al. (2002), en una población diferente fue posible genotipar con una PID del orden de 10-11, lo que abre la posibilidad de utilizar este set de marcadores de novo dentro de la familia Juglandaceae.

Resonadores piezoeléctricos de cizalladura: estudio de la formación de biofilms y caracterización de fluidos magneto‐reológicos

La presente tesis revisa y analiza algunos aspectos fundamentales relativos al comportamiento de los sensores basados en resonadores piezoeléctricos TSM (Thickness Shear Mode), así como la aplicación de los mismos al estudio y caracterización de dos medios viscoelásticos de gran interés: los fluidos magnetoreológicos y los biofilms microbianos. El funcionamiento de estos sensores está basado en la medida de sus propiedades resonantes, las cuales varían al entrar en contacto con el material que se quiere analizar. Se ha realizado un análisis multifrecuencial, trabajando en varios modos de resonancia del transductor, en algunas aplicaciones incluso de forma simultánea (excitación pulsada). Se han revisado fenómenos como la presencia de microcontactos en la superficie del sensor y la resonancia de capas viscoelásticas de espesor finito, que pueden afectar a los sensores de cuarzo de manera contraria a lo que predice la teoría convencional (Sauerbrey y Kanazawa), pudiéndonos llevar a incrementos positivos de la frecuencia de resonancia. Además, se ha estudiado el efecto de una deposición no uniforme sobre el resonador piezoeléctrico. Para ello se han medido deposiciones de poliuretano, modelándose la respuesta del resonador con estas deposiciones mediante FEM. El modelo numérico permite estudiar el comportamiento del resonador al modificar distintas variables geométricas (espesor, superficie, no uniformidad y zona de deposición) de la capa depositada. Se ha demostrado que para espesores de entre un cuarto y media longitud de onda aproximadamente, una capa viscoelástica no uniforme sobre la superficie del sensor, amplifica el incremento positivo del desplazamiento de la frecuencia de resonancia en relación con una capa uniforme. Se ha analizado también el patrón geométrico de la sensibilidad del sensor, siendo también no uniforme sobre su superficie. Se han aplicado sensores TSM para estudiar los cambios viscoelásticos que se producen en varios fluidos magneto-reológicos (FMR) al aplicarles distintos esfuerzos de cizalla controlados por un reómetro. Se ha podido ver que existe una relación directa entre diversos parámetros reológicos obtenidos con el reómetro (fuerza normal, G’, G’’, velocidad de deformación, esfuerzo de cizalla…) y los parámetros acústicos, caracterizándose los FMR tanto en ausencia de campo magnético, como con campo magnético aplicado a distintas intensidades. Se han estudiado las ventajas que aporta esta técnica de medida sobre la técnica basada en un reómetro comercial, destacando que se consigue caracterizar con mayor detalle algunos aspectos relevantes del fluido como son la deposición de partículas (estabilidad del fluido), el proceso de ruptura de las estructuras formadas en los FMR tanto en presencia como en ausencia de campo magnético y la rigidez de los microcontactos que aparecen entre partículas y superficies. También se han utilizado sensores de cuarzo para monitorear en tiempo real la formación de biofilms de Staphylococcus epidermidis y Eschericia coli sobre los propios resonadores de cristal de cuarzo sin ningún tipo de recubrimiento, realizándose ensayos con cepas que presentan distinta capacidad de producir biofilm. Se mostró que, una vez que se ha producido una primera adhesión homogénea de las bacterias al sustrato, podemos considerar el biofilm como una capa semi-infinita, de la cual el sensor de cuarzo refleja las propiedades viscoelásticas de la región inmediatamente contigua al resonador, no siendo sensible a lo que sucede en estratos superiores del biofilm. Los experimentos han permitido caracterizar el módulo de rigidez complejo de los biofilms a varias frecuencias, mostrándose que el parámetro característico que indica la adhesión de un biofilm tanto en el caso de S. epidermidis como de E. coli, es el incremento de G’ (relacionado con la elasticidad o rigidez de la capa), el cual viene ligado a un incremento de la frecuencia de resonancia del sensor. ABSTRACT This thesis reviews and analyzes some key aspects of the behavior of sensors based on piezoelectric resonators TSM (Thickness Shear Mode) and their applications to the study and characterization in two viscoelastic media of great interest: magnetorheological fluids and microbial biofilms. The operation of these sensors is based on the analysis of their resonant properties that vary in contact with the material to be analyzed. We have made a multi-frequency analysis, working in several modes of resonance of the transducer, in some applications even simultaneously (by impulse excitation). We reviewed some phenomena as the presence of micro-contacts on the sensor surface and the resonance of viscoelastic layers of finite thickness, which can affect quartz sensors contrary to the conventional theory predictions (Sauerbrey and Kanazawa), leading to positive resonant frequency shifts. In addition, we studied the effect of non-uniform deposition on the piezoelectric resonator. Polyurethane stools have been measured, being the resonator response to these depositions modeled by FEM. The numerical model allows studying the behavior of the resonator when different geometric variables (thickness, surface non-uniformity and deposition zone) of the deposited layer are modified. It has been shown that for thicknesses between a quarter and a half of a wavelength approximately, non-uniform deposits on the sensor surface amplify the positive increase of the resonance frequency displacement compared to a uniform layer. The geometric pattern of the sensor sensitivity was also analyzed, being also non-uniform over its surface. TSM sensors have been applied to study the viscoelastic changes occurring in various magneto-rheological fluids (FMR) when subjected to different controlled shear stresses driven by a rheometer. It has been seen that there is a direct relationship between various rheological parameters obtained with the rheometer (normal force, G', G'', stress, shear rate ...) and the acoustic parameters, being the FMR characterized both in the absence of magnetic field, and when the magnetic field was applied at different intensities. We have studied the advantages of this technique over the characterization methods based on commercial rheometers, noting that TSM sensors are more sensitive to some relevant aspects of the fluid as the deposition of particles (fluid stability), the breaking process of the structures formed in the FMR both in the presence and absence of magnetic field, and the rigidity of the micro-contacts appearing between particles and surfaces. TSM sensors have also been used to monitor in real time the formation of biofilms of Staphylococcus epidermidis and Escherichia coli on the quartz crystal resonators themselves without any coating, performing tests with strains having different ability to produce biofilm. It was shown that, once a first homogeneous adhesion of bacteria was produced on the substrate, the biofilm can be considered as a semi-infinite layer and the quartz sensor reflects only the viscoelastic properties of the region immediately adjacent to the resonator, not being sensitive to what is happening in upper layers of the biofilm. The experiments allow the evaluation of the biofilm complex stiffness module at various frequencies, showing that the characteristic parameter that indicates the adhesion of a biofilm for the case of both S. epidermidis and E. coli, is an increased G' (related to the elasticity or stiffness of the layer), which is linked to an increase in the resonance frequency of the sensor.

Influência da reutilização na biocompatibilidade de materiais médico-hospitalares de uso único

A prática da reutilização de produtos médico-hospitalares de uso único vem sendo aplicada desde meados da década de setenta. A principal razão que tem contribuído para disseminação desta conduta pelas instituições hospitalares radicadas tanto nos países em desenvolvimento como naqueles considerados ricos, tem sido a aparente economia de custos. Apesar dos riscos relacionados com a prática da reutilização, como reações pirogênicas, danos ocasionados por bactérias consideradas patogênicas em pacientes imunologicamente comprometidos, danos na integridade fisica dos produtos, assim como aumento do período de permanência dos pacientes no hospital, têm despertado o interesse em avaliar aspectos fisicos e biológicos dos produtos médico-hospitalares reutilizados. Baseando-se nestas considerações foram aplicados desafios com esporos de Bacillus Subtilis varo niger ATCC 9372 e endotoxina bacteriana E. coli 055:B5. Os produtos desafiados foram cateteres intravenosos, torneira três vias e tubos de traqueostomia. A possível presença microbiana foi investigada após contaminação intencional dos esporos de B. Subtillis (107 ufc/unid.) com submissão das unidades contaminadas à limpeza e posterior esterilização, utilizando óxido de etileno/CFC na proporção 12:88. Os ciclos de reprocessamentos simulados de produtos médico-hospitalares consistiram de contaminação de cada unidade teste com carga microbiana, lavagem com detergente enzimático, secagem e esterilização. Ao término de cada ciclo de reprocessamento foram separadas unidades representativas para avaliação por contagem microbiana (pour plate), testes de esterilidade por inoculação direta e indireta, citotoxidade por cultura de células e microscopia eletrônica de varredura. A eficiência da esterilidade foi avaliada tanto por contagem microbiana como pelos testes de esterilidade, que resultaram em níveis microbianos de 103 ufc/unid. e detecção de contaminação até o 6° ciclo de reprocessamento nos cateteres intravenosos, tubos de traqueostomia e torneiras três vias. A segurança dos reprocessamentos dos produtos médico-hospitalares foi avaliada pela cultura de células de fibroblastos de camundongo (NCTC clone 929), as quais não apresentaram toxicidade. Entretanto, os resultados obtidos durante microscopia eletrônica de varredura comprovaram presença de carga microbiana após 10° ciclo de reprocessamento, assim como danos na superficie polimérica. Durante desafio com endotoxina bacteriana, que consistiu em contaminar as unidades com 200 UE, secagem e exposição ao ciclo de esterilização com óxido de etileno/CFC (12:88), verificou-se que após ciclos de reprocessamentos simulados, totalizando dez ciclos, foi possível detectar valores de recuperação de endotoxina em torno de 100%. Os cateteres-guia que foram adquiridos em instituição hospitalar após quatro reutilizações, apresentaram níveis de contaminação de 105 ufc/unid., assim como presença de bactérias consideradas patogênicas em pacientes comprometidos imunologicamente, já a detecção de endotoxina bacteriana nestes cateteres não foi considerada significativa. Logo, as avaliações aplicadas nas unidades submetidas aos ciclos de reprocessamentos simulados, assim como nos cateteres-guia reprocessados e reutilizados quatro vezes, refletiram a realidade de algumas instituições no âmbito nacional e internacional que praticam a reutilização de produtos médico-hospitalares de uso-único. Os resultados obtidos vêm enfatizar objeções quanto à prática da reutilização, considerando que a ausência de segurança pode ocasionar em danos ao paciente.

Políticas internacionais de proteção da saúde e do ambiente

A qualidade ambiental das praias tem vindo a adquirir uma importância crescente entre os critérios de escolha de destino turístico. Apesar de, nos últimos anos, a legislação ter evoluído no sentido do ordenamento da zona costeira e do tratamento de águas residuais, a qualidade da água balnear é o único indicador da qualidade relacionado com a saúde pública que pode permitir aos utentes uma escolha orientada. Portugal apresenta-se na comunidade internacional como o primeiro país com um programa de monitorização de qualidade de areias, desenvolvendo ainda atividades de investigação a vários níveis que o permitam melhorar. Outros países avaliam técnicas de determinação de fontes de contaminação de águas de recreio, incluindo areias adjacentes e pesquisa de agentes etiológicos não monitorizados pelas legislações em vigor. Assim, há que concertar esforços no sentido de se encontrarem formas de monitorizar o risco para a saúde em tempo tão útil quanto possível, bem como reavaliar indicadores e seus limites de aceitação, mantendo a liderança desta atividade. Na sequência do Microareias 2012, em que foi feita uma reavaliação dos parâmetros interessantes para este tipo de análise, e numa fase em que internacionalmente se programam atividades técnico-científicas concertadas, foi montado um esquema de avaliação inter-laboratorial com laboratórios pioneiros nacionais. Em 2016, será apresentado o programa já implementado aos laboratórios atualmente participantes, aberto a laboratórios candidatos e profissionais interessados onde será feita uma atualização de conhecimentos e situação internacional.

Assessing the role played by biofilms on adenoidal surface in a pediatric population

Adenoids are a mass of lymphatic tissue located within the nasopharynge. This work aims assessing the relationship between the formation of bacterial biofilms on the adenoid surface and the incidence of infections in the pediatric age.

Using new scanning electron microscopy (SEM) approaches to elucidate bacterial biofilm architecture

Healthcare-associated infections (HAI) are a major public health problem being Klebsiella pneumoniae and nontuberculous mycobacteria, both with high antibiotic resistance rates, among their etiological agent. Since biofilme assembly is pointed as one of the mechanisms involved in emergence of antibiotic resistance understanding bacteria organization within the biofilm and the identification of differences between planktonic and sessile forms of bacteria will be a step forward to fight HAI. In the present work we used SEM as a tool to characterize the internal structure of biofilm assembled on different surfaces. For SEM analysis, biofilms were allowed to form either on six-well cell culture plates, silicon or metallic disks placed inside the wells for different incubation periods at 37 °C. The biofilm assembled on the cell culture dish was for both secondary and backscattered electron analysis as described before. Biofilms assembled on silicon disks instead of being sectioned were prepared as metallographic samples, by grinding with grit SIC paper and polishing with diamond particles. Samples were cleaned (70% ethanol), dried with hot air, further coated and analysed. A preliminary study using FIB-SEM has been performed to access the ultrastructure of biofilms assembled on metallic surfaces. The results obtained showed that the same bacteria assembled biofilms with different ratios of biomass and extracellular matrix depending on the surface. SEM performed on thin sections of biofilms is a powerful tool to elucidate biofilm structure allowing the quantification of the major components. FIB-SEM is also a promising tool in this field.

A influência dos hábitos parentais no aparecimento de cárie precoce da infância grave

Introdução: A doença cárie é uma das mais comum em crianças de idade pré-escolar, e desenvolve-se logo após a erupção dentária. Na literatura está descrito que para o aparecimento e desenvolvimento desta lesão é necessário a presença de um hospedeiro susceptível, microflora cariogénica, a dieta e o tempo. No entanto, a Cárie Precoce da Infância Grave não é uma lesão de progressão normal, e sim rompante e afecta crianças, até aos três anos de idade. Os hábitos que a família tem, em especial a mãe, são responsáveis pela transmissão de bactérias que podem influenciar o aparecimento de lesões de cáries nas crianças. Simples actos como o testar a temperatura da comida antes de dar à criança, limpar a chupeta com a boca e a partilha de utensílios podem aumentar o risco de Cárie Precoce da Infância. Através de uma revisão de literatura, pretende-se explorar a influência parental no aparecimento desta doença e saber se existe fundamentos para preocupação e assim efectuar uma mais adequada prevenção junto dos pais ou encarregados de educação. Metodologia: Nesta revisão narrativa de literatura fez-se a pesquisa nas bases de dados electrónicas PubMed e SciELO; recorreu-se aos repositórios bibliográficos das universidades; páginas institucionais e referências bibliográficas de artigos; livros de Medicina Dentária Preventiva e de Odontopediatria. Discussão: Os hábitos parentais como o provar ou testar a comida das crianças antes da alimentação e a partilha de talheres durante as refeições são considerados factores de risco para o aumento dos níveis de bactérias, como o Streptococcus mutans. Em relação aos hábitos como limpar a chupeta com a boca, o contacto físico intrafamiliar e dos pais beijarem os filhos há pouca evidência científica e é necessário fazer estudos mais conclusivos nestas áreas. Conclusão: Com esta revisão de literatura foi possível identificar quais os hábitos parentais que aumentam o risco dos filhos desenvolverem Cárie Precoce da Infância Grave.

Etiologia da doença periodontal

A doença periodontal é caracterizada como um conjunto de condições inflamatórias, de carater crônico ou agudo, e de origem bacteriana, que começa por afetar o tecido gengival e pode levar, com o tempo, à perda dos tecidos de suporte dos dentes. As reações inflamatórias e imunológicas à placa bacteriana representam as características predominantes da gengivite e da periodontite. A reação inflamatória é visível, microscópica e clinicamente, no periodonto afetado e representa a reação do hospedeiro à microbiota da placa e seus produtos. O processo de infecção no sulco periodontal leva, inicialmente, a formação de uma mucosite periodontal, que pode ser definida como uma inflamação dos tecidos moles periodontáis, sem ocasionar perda óssea, sendo reversível, se o seu diagnóstico for atempado. Os processos inflamatórios e imunológicos atuam nos tecidos gengivais para proteger contra o agressãoes microbianas, impedindo os microrganismos de se disseminarem ou invadirem os tecidos. Em alguns casos, essas reações de defesa do hospedeiro podem ser prejudiciais porque também são passíveis de danificar as células e estruturas vizinhas do tecido conjuntivo. Além disso, as reações inflamatórias e imunológicas cuja extensão alcança níveis mais profundos do tecido conjuntivo, além da base do sulco, podem envolver o osso alveolar nesse processo destrutivo. Assim, tais processos defensivos podem, paradoxalmente, ser os responsáveis pela maior parte da lesão tecidual observada na gengivite e na periodontite. O objectivo desse trabalho é fazer uma revisão de literatura específica sobre a etiologia da doença periodontal respectivamente. Serão descritos os principais agentes microbianos que estão relacionados com a doença periodontal e a forma como influenciam o desenvolvimento da doença, procurando desta forma contribuir para a procura de tratamentos mais eficientes.

Influência das etapas do processo de abate de suínos na prevalência de patógenos e níveis de microrganismos indicadores de qualidade e higiene

The pig slaughter process involve different steps that can influence the microbiological quality of carcasses. At this, the understanding of the slaughter process on the microbiological aspects is necessary for the implementation and evaluation of critical control points. The microbiological control of the slaughter process should involve the evaluation of pathogens prevalence and levels of quality and hygiene indicator microorganisms. This study aimed at investigating the influence of steps slaughter process on the microbiological levels of pig carcasses, and evaluate if there is correlation between pathogens (Salmonella spp. and Listeria monocytogenes) and indicators (aerobic mesophilic counts, total coliforms, Escherichia coli and Enterobacteriaceae) microorganisms. A high Salmonella soroprevalence in pigs were founded before the slaughter (57.49 %). While the Salmonella prevalence in carcasses at the initial stage of the slaughter was 26.67 % and in the final stage 1.11 %, L. monocytogenes was detected only in the final washing and cooling steps, with a prevalence of 21.11 and 8.89 %, respectively. The aerobic mesophilic counts, Enterobacteriaceae, total coliforms and E. coli levels in initial steps of slaughter process were 4.25 ± 0.37; 1.25 ± 0.38; 1.10 ± 0.35 and 0.86 ± 0.36, respectively. At the end of slaughter process the results were lower (ranging from 0.16 at 2.70 log CFU/cm2). The step that most reduced microbiological levels was the scalding. The dehairing was a critical step that led to a significant increase of microorganisms levels in the process (p < 0.05). The evisceration not proved to be a critical step on the increase of microbial levels, differently of the final washing, which showed significant increases (p < 0.05) over the levels of aerobic counts, total coliforms, E. coli and enterobacterias (0.30; 0.36; 0.27 and 0.42 log respectively) and Salmonella spp. and L. monocytogenes. The chilling contributes significantly to the reduction of microbiological levels of carcasses, bringing them to levels below the all process stages, with the exception of scalding. No correlation between the hygiene indicator microorganisms used and presence of Salmonella spp. and L. monocytogenes were obtained (p < 0.05). The results show that steps in the process are critical to the sanitary profile, which implies the need to implement actions in the process to reducing the microbiological levels.

Cultivo de microalgas para produção de biossurfactantes

Há uma crescente procura por alimentos mais saudáveis e seguros para atender uma população cada vez maior e mais exigente. Nos últimos anos o interesse por surfactantes de origem microbiana tem aumentado significativamente em decorrência de serem naturalmente biodegradáveis diminuindo assim o impacto ambiental. Uma grande variedade de microorganismos produz biossurfactantes, sendo que o tipo, a quantidade e a qualidade do biossurfactante são influenciados pelos constituintes do meio, tais como, fontes de carbono, nitrogênio e sais inorgânicos, além das condições de cultivo, como pH, temperatura, agitação e disponibilidade de oxigênio. Os biossurfactantes são metabólitos microbianos de superfície ativa que apresentam uma vasta aplicação no setor industrial. Os objetivos deste trabalho foram selecionar microalgas com potencial para produzir biossurfactantes e estudar a produção por microalgas em diferentes fotobiorreatores e condições nutricionais. O trabalho foi dividido em quatro etapas: 1) cultivo autotrófico e mixotrófico de microalgas para produção de biossurfactantes; 2) Seleção de microalgas para produção de biossurfactantes; 3) Produção de biossurfactantes por microalgas em diferentes fotobiorreatores e 4) Cultivo outdoor da microalga marinha Tetraselmis suecica OR para produção de biossurfactantes. Na primeira etapa Spirulina sp. LEB-18, Synechococcus nidulans LEB-25, Chlorella vulgaris LEB-106, Chlorella minutissima LEB-108 e Chlorella homosphaera foram cultivadas com glicose (cultivo mixotrófico). Spirulina sp. LEB-18 apresentou concentrações máximas de biomassa (2,55 g.L-1 ) quando foi utilizada 5 g.L-1 de glicose no meio de cultivo. A tensão superficial dos meios das microalgas foi reduzida de 70 para 43 mN.m-1 para as microalgas estudadas utilizando glicose como fonte de carbono. Resultados da segunda etapa mostraram que a microalga Scenedesmus sp. 3PAV3 apresentou valor de atividade emulsificante óleo em água (AE o/a) superior (339,8 UE.g-1 ) ao encontrado para as demais microalgas. Os menores valores de tensões superficiais variaram de 27,4 a 31,2 mN.m-1 . Na terceira etapa verificou-se que a microalga Chlorella sp. PROD1 apresentou valor de AE o/a semelhante (258,2 UE g -1 ) ao encontrado para o emulsificante comercial lecitina de soja (257,0 UE g -1 ) e ambas as microalgas estudadas alcançaram valores de tensões superficiais abaixo de 30 mN.m -1 . Na última etapa, Tetraselmis suecica OR cultivada em fotobiorreator do tipo Green Wall Panel apresentou menores valores de tensões superficiais para cultura com limitação de nitrogênio. Os resultados demonstraram a potencialidade das microalgas estudadas na produção de biossurfactantes, tanto pela redução da tensão superficial e interfacial, como pelo aumento da atividade emulsificante, confirmando uma possível aplicação como emulsificante, detergente, lubrificante, estabilizante, entre outras.

Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.

Aspectos estruturais, farmacológicos e biológicos de fucanas da alga marrom sargassum vulgare

The present study examines the chemical composition and their effects on free radicals, inflammation, angiogenesis, coagulation, VEGF effects and cellular proliferation of a polysaccharides from alga Sargassum vulgare. The sulfated polysaccharide was extracted from brown seaweed by proteolysis with enzymes maxataze. The presence of proteins and sugars were observed in crude polysaccharides. Fractionation of this crude extract was made with growing concentration of acetone (0.3-1.5 v) and produced four groups of polysaccharides. Anionic polysaccharides from brown seaweed Sargassum vulgare, SV1and PSV1 were fractionated (SV1) and purified (PSV1), and displayed with high total sugars and sulfate content and very low level of protein. This fucan SV1 contains low levels of protein and high carbohydrate and sulfate content. This polysaccharides prolonged activated partial thromboplastin time (aPTT) at 50 μg (>240 s). SV1 was found to have no effect on prothrombin time (PT), corresponding to the extrinsic pathway of coagulation. SV1 exhibits high antithrombotic action in vivo, with a concentration ten times higher than heparin. Polysaccharides from S. vulgare promoted direct inhibition enzymatic activity of thrombin and stimulated enzymatic activity of FXa. SV1 showed optimal inhibitory activity of thrombin (50.2±0.28%) at a concentration of 25 μg/mL. Its antioxidant action on scavenging radicals by DPPH was (22%), indicating the polymer has no cytotoxic action (hemolytic) on ABO and Rh blood types in different erythrocyte groups and displays strong anti-inflammatory action on all concentrations tested in the carrageenan-induced paw edema model, demonstrated by reduced edema and cellular infiltration. Angiogenesis is a dynamic process of proliferation and differentiation. It requires endothelial proliferation, migration, and tube formation. In this context, endothelial cells are a preferred target for several studies and therapies. The antiangiogenic efficacy of polysaccharides was examined in vivo in the chick chorioallantoic membrane (CAM) model by using fertilized eggs. Decreases in the density of the capillaries were assessed and scored. The results showed that SV1 and PSV1 have an inhibitory effect on angiogenesis. These results were also confirmed by inhibition tubulogenesis in rabbit aorta endothelial cell (RAEC) in matrigel. These compounds were assessed in Apoptosis assay (Annexin V - FITC / PI) and cell viability by MTT assay of RAEC. These polysaccharides do not affect the viability and do not have apoptotic or necrotic action. RAEC cell when incubated with SV1 and PSV1showed inhibition of VEGF secretion, observed when compounds were incubated at 25, 50 and 100 μg/μL. The VEGF secretion with the RAEC cell line for 24 h, was more effective for PSV1 at 50 μg/μL(71.4%) than SV1 100 μg/μL (75.9%). SV1 and PSV1 had an antiproliferative action (47%) against tumor cell line HeLa. Our results indicate that these sulfated polysaccharides have antiangiogenic and antitumoral actions

Avaliação da segurança de uso de pseudomonas como biorremediador em áreas degradadas de pastagens.

A integração agricultura pecuária consiste em uma alternativa promissora de produção, pelo aumento da eficiência de utilização de recursos naturais e a preservação do meio ambiente, além de cooperar com a segurança alimentar. Porém, para se obter sucesso em seu uso, a pastagem não deve estar em estádio avançado de degradação. Em áreas já degradadas, pode-se utilizar as Pseudomonas que são rizobactérias promotoras de crescimento. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos decorrentes da exposição a P. putida em mamíferos e um invertebrado aquático como sistema teste para avaliação de risco da introdução desses agentes microbiológicos nessas áreas. Não foram encontrados sinais de patogenicidade e infectividade desses agentes microbianos utilizados como biorremediadores. Apesar disso, seria interessante a realização de testes adicionais a fim de garantir a inocuidade dos agentes bem como a sua segurança. Os protocolos empregados fornecem subsídios técnicos para gerenciar os possíveis riscos envolvidos na liberação e/ou uso do produto. Os resultados obtidos, além de sua aplicação na identificação de efeitos prejudiciais à saúde ambiental, poderão subsidiar e orientar avaliações P. putida por agências reguladoras, quanto ao seu uso comercial para fins de biorremediação.