Producción de lípidos por cepas de chlorella pyrenoidosa y rhodotorula mucilaginosa y generación de un consorcio microbiano.

Tesis (Maestría en Ciencias con Acentuación en Microbiología) UANL, 2012.

Biosorción del colorante congo en sistemas en lote utilizando biomasa de chlorella sp.

Tesis (Maestría en Ciencias con orientación en Procesos Sustentables) UANL, 2012.

Chlorella vulgaris up-modulation of myelossupression induced by lead: The role of stromal cells

In this study, Chlorella vulgaris (CV) was examined for its chelating effects on the ability of bone marrow stromal cell layer to display myeloid progenitor cells in vitro in lead-exposed mice, using the long-term bone marrow culture (LTBMC). In addition, the levels of interleukin (IL)-6, an important hematopoietic stimulator, as well as the numbers of adherent and non-adherent cells were also investigated. Mice were gavage treated daily with a single 50 mg/kg dose of CV for 10 days, concomitant to continuous offering of 1300 ppm lead acetate in drinking water. We found that CV up-modulates the reduced ability of stromal cell layer to display myeloid progenitor cells in vitro in lead-exposed mice and restores both the reduced number of non-adherent cells and the ability of stromal cells from these mice to produce IL-6. Monitoring of lead poisoning demonstrated that CV treatment significantly reduced lead levels in blood and tissues, completely restored the normal hepatic ALA levels, decreased the abnormally high plasma ALA and partly recovered the liver capacity to produce porphyrins. These findings provide evidence for a beneficial use of CV for combination or alternative chelating therapy to protect the host from the damage induced by lead poisoning. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The effects of Chlorella vulgaris in the protection of mice infected with Listeria monocytogenes. Role of natural killer cells

In this work we have demonstrated the effects of oral administration of Chlorella vulgaris (CV) on Natural Killer cells (NK) activity of mice infected with a sublethal dose of viable Listeria monocytogenes. The treatment with C. vulgaris produced a significant increase on NK cells activity in normal (non-infected) animals compared to the animals that received only vehicle (water) (p < 0.0001). Similarly, the infection alone produced a significant increase on NK cells activity, which was observed at 48 and 72 hours after the inoculation of L. monocytogenes. Moreover, when CV was administered in infected animals, there was an additional increase in NK cells activity which was significantly higher than that found in the infected groups (p < 0.0001) CV treatment (50 and 500mg/Kg) of mice infected with a dose of 3x105 bacteria/animal, which was lethal for all the non- treated controls, produced a dose-response protection which led to a 20% and 55% survival, respectively (p < 0.0001).

Efeito da irradiação ultrasônica em microalgas Selenastrum capricornutum e Chlorella sorokiniana

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Characterization of a monothiol glutaredoxin encoded by Chlorella virus PBCV-1

Annotation of the 330-kb Chlorella virus PBCV-1 genome identified a 237 nucleotide gene (a438l) that codes for a protein with ~35% amino acid identity to glutaredoxins (Grx) found in other organisms. The PBCV-1 protein resembles classical Grxs in both size (9 kDa) and location of the active site (N-terminus). However, the PBCV-1 Grx is unusual because it contains a monothiol active site (CPYS) rather than the typical dithiol active site (CPYC). To examine this unique active site, four sitespecific mutants (CPYC, CPYA, SPYC, and SPYS) were constructed to determine if the N-terminal cysteine is necessary for enzyme activity. Wild type and both mutants containing N-terminal cysteines catalyzed the reduction of disulfides in a coupled system with GSH, NADPH, and glutathione reductase. However, both mutants with an altered N-terminal cysteine were inactive. The grx gene is common in the Chlorella viruses. Molecular phylogenetic analyses of the PBCV-1 enzyme support its relatedness to those from other Chlorella viruses and yet demonstrate the divergence of the Grx molecule.

Metal biosorption onto dry biomass of Arthrospira (Spirulina) platensis and Chlorella vulgaris: Multi-metal systems

Binary and ternary systems of Ni2+, Zn2+, and Pb2+ were investigated at initial metal concentrations of 0.5, 1.0 and 2.0 mM as competitive adsorbates using Arthrospira platensis and Chlorella vulgaris as biosorbents. The experimental results were evaluated in terms of equilibrium sorption capacity and metal removal efficiency and fitted to the multi-component Langmuir and Freundlich isotherms. The pseudo second order model of Ho and McKay described well the adsorption kinetics, and the FT-IR spectroscopy confirmed metal binding to both biomasses. Ni2+ and Zn2+ interference on Pb2+ sorption was lower than the contrary, likely due to biosorbent preference to Pb. In general, the higher the total initial metal concentration, the lower the adsorption capacity. The results of this study demonstrated that dry biomass of C. vulgaris behaved as better biosorbent than A. platensis and suggest its use as an effective alternative sorbent for metal removal from wastewater. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cultivo de microalgas (Chlorella sorokiniana) con iluminación mediante LEDs

Con el fin de establecer si es posible llevar a cabo el cultivo de microalgas empleando LEDs (Light Emitting Diodes) y si el empleo de los mismos supone alguna ventaja, se llevaron a cabo cinco experiencias con el microalga Chlorella sorokiniana en las que se varió la cantidad y la calidad de la luz aplicada. En las dos primeras experiencias se empleó luz de un solo color, roja en la primera y azul en la segunda, ambas al 50 % de su intensidad. En las tres siguiente se ensayaron mezclas de ambas, aplicando en la tercera 50 % de luz roja y 50 % de luz azul, en la cuarta 70 % de luz roja y 30 % de luz azul y en la quinta 30 % luz roja y 70 % luz azul. En todos los casos se llevó a cabo simultáneamente el cultivo de un testigo en las mismas condiciones pero iluminado con una lámpara fluorescente. Diariamente se tomaron medidas de la densidad óptica, el pH y la conductividad eléctrica. El seguimiento de la temperatura se hizo por medio de sensores que tomaron muestras cada 60 segundos. La experiencia en la que se empleó luz roja y azul al 50 % de intensidad presentó las mayores diferencias con respecto al testigo. En el resto de los casos el ensayo y el testigo presentaron crecimientos similares. Además se evaluaron varias fuentes de luz de uso frecuente en laboratorio con el fin de conocer su espectro de emisión y su comportamiento al atravesar el medio de cultivo.

The Chlorella hexose/H+ symporter is a useful selectable marker and biochemical reagent when expressed in Volvox.

The multicellular obligately photoautotrophic alga Volvox is composed of only two types of cells, somatic and reproductive. Therefore, Volvox provides the simplest model system for the study of multicellularity. Metabolic labeling experiments using radioactive precursors are crucial for the detection of stage- and cell-type-specific proteins, glycoproteins, lipids, and carbohydrates. However, wild-type Volvox lacks import systems for sugars or amino acids. To circumvent this problem, the hexose/H+ symporter (HUP1) gene from the unicellular alga Chlorella was placed under the control of the constitutive Volvox beta-tubulin promoter. The corresponding transgenic Volvox strain synthesized the sugar transporter in a functional state and was able to efficiently incorporate 14C from labeled glucose or glucosamine. Sensitivity toward the toxic glucose/mannose analogue 2-deoxy-glucose increased by orders of magnitude in transformants. Thus we report the successful transformation of Volvox with a gene of heterologous origin. The chimeric gene may be selected for in either a positive or a negative manner, because transformants exhibit both prolonged survival in the dark in the presence of glucose and greatly increased sensitivity to the toxic sugar 2-deoxyglucose. The former trait may make the gene useful as a dominant selectable marker for use in transformation studies, whereas the latter trait may make it useful in development of a gene-targeting system.

Pryolytic and kinetic study of Chlorella Vulgaris under isothermal and non-isothermal conditions

Algae are a new potential biomass for energy production but there is limited information on their pyrolysis and kinetics. The main aim of this thesis is to investigate the pyrolytic behaviour and kinetics of Chlorella vulgaris, a green microalga. Under pyrolysis conditions, these microalgae show their comparable capabilities to terrestrial biomass for energy and chemicals production. Also, the evidence from a preliminary pyrolysis by the intermediate pilot-scale reactor supports the applicability of these microalgae in the existing pyrolysis reactor. Thermal decomposition of Chlorella vulgaris occurs in a wide range of temperature (200-550°C) with multi-step reactions. To evaluate the kinetic parameters of their pyrolysis process, two approaches which are isothermal and non-isothermal experiments are applied in this work. New developed Pyrolysis-Mass Spectrometry (Py-MS) technique has the potential for isothermal measurements with a short run time and small sample size requirement. The equipment and procedure are assessed by the kinetic evaluation of thermal decomposition of polyethylene and lignocellulosic derived materials (cellulose, hemicellulose, and lignin). In the case of non-isothermal experiment, Thermogravimetry- Mass Spectrometry (TG-MS) technique is used in this work. Evolved gas analysis provides the information on the evolution of volatiles and these data lead to a multi-component model. Triplet kinetic values (apparent activation energy, pre-exponential factor, and apparent reaction order) from isothermal experiment are 57 (kJ/mol), 5.32 (logA, min-1), 1.21-1.45; 9 (kJ/mol), 1.75 (logA, min-1), 1.45 and 40 (kJ/mol), 3.88 (logA, min-1), 1.45- 1.15 for low, middle and high temperature region, respectively. The kinetic parameters from non-isothermal experiment are varied depending on the different fractions in algal biomass when the range of apparent activation energies are 73-207 (kJ/mol); pre-exponential factor are 5-16 (logA, min-1); and apparent reaction orders are 1.32–2.00. The kinetic procedures reported in this thesis are able to be applied to other kinds of biomass and algae for future works.

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.

Síntese de ésteres graxos a partir da biomassa da microalga Chlorella sp. por hidrólise “in situ” seguido de esterificação

Neste trabalho, a produção de ésteres graxos da biomassa úmida da microalga Chlorella sp. foi investigada pelo método de hidrólise seguido de esterificação e comparado com o método convencional de extração/transesterificação. Na primeira etapa do processo de hidrólise “in situ” seguido de esterificação ocorreu à hidrólise, onde a água presente na biomassa (50 e 100% em massa) reagiu com os lipídios de reserva, na presença de H2SO4 (20, 40 e 60% em massa), sendo obtidos os ácidos graxos brutos. Na segunda etapa do processo, os ácido graxos foram submetidos à reação de esterificação por 1 ou 4 h na presença de metanol, na razão molar de 30:1 álcool:AG, com H2SO4 10% em massa a 60 ou 100 °C. De acordo com os resultados obtidos no processo de hidrólise/esterificação, os melhores rendimentos – cerca de 7,3±0,8% de FAMEs, em relação a biomassa inicial – foram obtidos na presença de 60% de catalisador e 50% de umidade, na etapa de hidrólise e 100 °C por 4 h na etapa de esterificação. No método convencional de extração-transesterificação, os melhores rendimentos – 7,1±1,8% de FAMEs em relação à biomassa seca – foram obtidos utilizando a mistura de clorofórmio:metanol 2:1 v/v. Em resumo os rendimentos obtidos nos dois métodos de produção de ésteres graxos foram próximos. No entanto, o processo de hidrólise “in situ” seguido de esterificação possui vantagens como a utilização da biomassa úmida.

Extração e caracterização dos lipídeos da microalga Chlorella pyrenoidosa visando à produção de ésteres graxos

A produção de biodiesel a partir do óleo de microalgas tem sido demonstrada na literatura usando rotas convencionais, que envolvem a extração dos lipídeos seguida pela sua conversão para ésteres graxos. A extração de lipídeos a partir da biomassa microalgal é uma etapa importante do processo global de produção de biodiesel. Este trabalho teve como objetivo determinar o teor de lipídeos da Chlorella pyrenoidosa bem como o perfil graxo dos diferentes extratos lipídicos. Os métodos de extração utilizados envolveram o uso de ultrassom, agitação magnética e soxhlet na presença dos solventes: clorofórmio:metanol (2:1 v/v) (método de Bligh & Dyer), metanol, clorofórmio, etanol e hexano. Os melhores resultados foram obtidos a partir do método com agitação magnética utilizando clorofórmio:metanol 2:1 (v/v), onde foram extraídos em média de 20 % de lipídeos totais seguido de metanol (17 %), clorofórmio (10,5 %), etanol (7,8 %) e hexano (1,15 %). A presença dos ácidos graxos 14:0, 16:0, 18:1, 18:0, 18:2 e 18:3 foram confirmados pelas análises de cromatografia gasosa. A partir das frações lipídicas extraídas foram realizadas as reações para obtenção dos ésteres graxos utilizando temperatura de 60°C por 4h na presença de 3% de H2SO4 em relação à massa de lipídeos. Os extratos lipídicos foram obtidos usando 100 g de biomassa seca. A partir das frações extraídas com clorofórmio:metanol 2:1 (v/v), metanol e etanol foram produzidos em média 6,40g, 8,98g, 6,98g de ésteres graxos, respectivamente.

Síntese de ésteres graxos de chlorella sp. utilizando os processos de extração-transesterificação e transesterificação in situ

Este trabalho teve como objetivo realizar estudo comparativo dos processos de extração-transesterificação e transesterificação in situ para a síntese de ésteres metílicos e etílicos a partir da microalga Chlorella sp. Utilizando o processo de extração-transesterificação, a extração dos lipídeos foi realizada a partir da biomassa seca de Chlorella sp., pelo uso de três diferentes solventes, clorofórmio:metanol, etanol e metanol, sendo o maior rendimento, 12,3%, obtido com a mistura clorofórmio:metanol (2:1 v/v). Independente do solvente extrator utilizado, as frações lipídicas obtidas apresentaram altos índices de acidez que variaram de 39,39 a 112,76 mg KOH/g. Após, os ésteres alquilicos graxos foram obtidos através da transesterificação das frações lipídicas realizada com metanol e etanol (razão molar álcool:extrato lipidico, 30:1) na presença de 10% de H2SO4 como catalisador a temperatura de 100 oC por 4h. A transesterificação in situ (alcoolise direta) aplicada a biomassa de Chlorella sp, foi realizada a 60 e 100 oC por 4 h usando 20% de H2SO4 com base na biomassa seca. A reação foi realizada a partir de 50 g de biomassa seca na presença de 150 mL de álcool (etanol ou metanol) A partir do método de transesterificação in situ foram obtidos maiores rendimentos de ésteres alquilicos graxos (11,0%), quando comparado ao processo de extração-transesterificação (8,1%). Os produtos purificados apresentaram teores de ésteres que variaram de 75,4% a 99,8%. A variação da temperatura de reação da transesterificação in situ não teve influência significativa nos rendimentos dos produtos.

Effects of Environmental Factors on the Growth, Optical Density and Biomass of the Green Algae Chlorella Vulgaris in Outdoor Conditions

Effect of environmental factors on the growth of the Chlorella vulgaris was studied. C. vulgaris was cultivated in sterilized natural seawater enriched with F/2-Si medium. Then grow in bucket, tub and photobioreactor (PBR) in outdoor condition. The daily routine work consisted of culture checkups of optical density, biomass gains, atmosphere lux, culture lux, atmosphere temperature and culture temperature were recorded. The highest biomass yields were (3.0 μg/ml-1) in December and (2.01 μg/ml-1) in November in PBR. The highest deviation was in atmosphere lux in time 8:30 (± 117.7) and lowest deviation was in atmosphere temperature in time 15:00 (± 1.0499). Optical density (OD) indicated that the best growth of C. vulgaris in outdoor condition was obtained in 650 lux and also it increased with increasing amount of lux. Tub report of C. vulgaris showed different growing behaviors at the various concentration of light and at the different temperatures. Algal production in outdoor PBR is relatively inexpensive, but is only suitable for a few, fast-growing specie. Finally, this fact is noteworthy that in outdoor conditions, temperature and light have important role in growth of C. vulgaris in present study.