Remoção de fósforo pela cianobactéria aphanothece microscopia nageli em cultivos heterotróficos

Nesta dissertação foi demostrada a potencialidade da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli em cultivo heterotrófico para remover fósforo do efluente de laticínio, bem como o efeito da temperatura no bioprocesso. Para tanto o trabalho é composto por dois artigos. O primeiro intitula-se “Influência da temperatura na remoção de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli em biorreatores heterotróficos”, e teve por objetivo avaliar a eficiência da cianobactéria em remover heterotroficamente fósforo total dissolvido do efluente de processamento de laticínios. A análise dos resultados mostrou que a remoção de fósforo é independente de sua concentração no sistema, porém depende fortemente da temperatura. Ficou demostrado, que a remoção é altamente sensível a temperatura principalmente no intervalo de 10ºC – 20ºC e nessas condições a operacionalidade do biorreator deverá ser ajustada para manutenção da eficiência do processo. O segundo artigo tem como título “Dinâmica de remoção de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli em biorreatores heterotróficos” e avaliou a remoção das formas de fósforo reativo, fósforo hidrolisável, fósforo total e fósforo orgânico, total e dissolvida, bem como de DQO e NNTK nas temperaturas de 10ºC, 20ºC e 30ºC em 24 h, a fim de investigar a dinâmica de remoção de diferentes formas de fósforo do efluente de laticínio em biorreatores heterotróficos. Foi possível concluir que a fração de fósforo predominante no efluente de laticínio foi a orgânica dissolvida, seguida de fósforo reativo dissolvido. A cianobactéria foi capaz de remover formas simples de fósforo, como reativo e complexas, fósforo hidrolisável e orgânico, bem como DQO e N-NTK. No que se refere ao fósforo suspenso, foi verificado que as frações de fósforo orgânico suspenso e fósforo suspenso total apresentaram baixa remoção. Foi observado que no intervalo de 20ºC a 30ºC foi registrado o maior desempenho quanto à remoção de fósforo para um tempo de detenção hidráulica de 16 h. Nos experimentos realizados à temperatura de 20ºC foram registrados os melhores valores cinéticos resultando em uma máxima concentração celular de 0,84 g.L-1, velocidade máxima de crescimento de 8,64 dias-1 e produtividade de 3,85 g.L-1. dia-1. Assim, a análise dos resultados permite concluir que a remoção de fósforo, DQO e N-NTK em condições heterotróficas por Aphanothece microscopica Nägeli é rota em potencial para o tratamento de efluente de laticínio.

Wastewater treatment by novel hybrid biological – ion exchange processes

This study presents two novel methods for treating important environmental contaminants from two different wastewater streams. One process utilizes the kinetic advantages and reliability of ion exchanging clinoptilolite in combination with biological treatment to remove ammonium from municipal sewage. A second process, HAMBgR (Hybrid Adsorption Membrane Biological Reactor), combines both ion exchange resin and bacteria into a single reactor to treat perchlorate contaminated waters. Combining physicochemical adsorptive treatment with biological treatment can provide synergistic benefits to the overall removal processes. Ion exchange removal solves some of the common operational reliability limitations of biological treatment, like slow response to environmental changes and leaching. Biological activity can in turn help reduce the economic and environmental challenges of ion exchange processes, like regenerant cost and brine disposal. The second section of this study presents continuous flow column experiments, used to demonstrate the ability of clinoptilolite to remove wastewater ammonium, as well as the effectiveness of salt regeneration using highly concentrated sea salt solutions. The working capacity of clinoptilolite more than doubled over the first few loading cycles, while regeneration recovered more than 98% of ammonium. Using the regenerant brine for subsequent halotolerant algae growth allowed for its repeated use, which could lead to cost savings and production of valuable algal biomass. The algae were able to uptake all ammonium in solution, and the brine was able to be used again with no loss in regeneration efficiency. This process has significant advantages over conventional biological nitrification; shorter retention times, wider range of operational conditions, and higher quality effluent free of nitrate. Also, since the clinoptilolite is continually regenerated and the regenerant is rejuvenated by algae, overall input costs are expected to be low. The third section of this study introduces the HAMBgR process for the elimination of perchlorate and presents batch isotherm experiments and pilot reactor tests. Results showed that a variety of ion-exchange resins can be effectively and repeatedly regenerated biologically, and maintain an acceptable working capacity. The presence of an adsorbent in the HAMBgR process improved bioreactor performance during operational fluctuations by providing a physicochemical backup to the biological process. Pilot reactor tests showed that the HAMBgR process reduced effluent perchlorate spikes by up to 97% in comparison to a conventional membrane bio-reactor (MBR) that was subject to sudden changes in influent conditions. Also, the HAMBgR process stimulated biological activity and lead to higher biomass concentrations during increased contaminant loading conditions. Conventional MBR systems can be converted into HAMBgR’s at a low cost, easily justifiable by the realized benefits. The concepts employed in the HAMBgR process can be adapted to treat other target contaminants, not just perchlorate.

Modelagem aplicada ao processo de biofixação de CO2 por microalgas

A fixação biológica de dióxido de carbono por microalgas é considerada a melhor forma de fixar CO2. Dentre os microrganismos utilizados destaca-se Spirulina platensis devido às suas altas taxas de fixação de CO2 e variedade de aplicações da biomassa gerada. A aplicação de modelos e simulações pode auxiliar na previsão de custos e na escolha das condições ideais de cultivo. Este trabalho teve como objetivo etsabelecer um modelo cinético no qual a iluminância é o fator limitante para o crescimento da microalga Spirulina platensis. A fim de validar o modelo proposto foi utilizada a microalga S. platensis, cultivada em meio Zarrouk modificado (NaHCO3 1,0 g.L-1 ), em biorreator aberto tipo raceway de 200L, mantido a 30°C, sob iluminação natural. A concentração celular variou de 0,19 a 0,34 g.L-1 e a velocidade específica de crescimento celular obtida a partir da regressão exponencial das curvas de crescimento de cada período iluminado variou de 0,55 a 0,59 d-1 . O modelo proposto gerou dados estimados satisfatórios (r2 =0,97). De acordo com os dados obtidos 16,2% da biomassa é consumida durante o período não iluminado.

Produção de carboidratos a partir do efluente de laticínios tratado por cianobactéria

Nesta tese foi demonstrado o potencial de produção de carboidratos por Aphanothece microscopica Nägeli cultivada no efluente oriundo de uma indústria de laticínios. Para tanto, o trabalho é composto de quatro artigos que objetivaram avaliar a produção de carboidratos em função da temperatura, inóculo e razões C/N e N/P do elfluente, bem como a possibilidade de reúso da água residuária. Foram utilizadas temperaturas de (10, 20 e 30ºC) e inóculo (100, 200 e 300 mg.L-1). A melhor condição indicada foi quando utilizou-se a temperatura de 30°C e 200 mg.L-1 de inóculo. Na sequência, considerando a temperatura e a concentração celular selecionada, foi estudada a influência das razões C/N e N/P na produção de carboidratos. Para tal, C/N (20, 40 e 60) e N/P (5, 10 e 15) na produção de carboidratos extracelulares foram avaliadas em cultivos a 30°C, tendo como inóculo 200 mg.L-1. Os melhores resultados obtidos, foram quando foi utilizado C/N 60 e N/P 10. Uma vez definidas as melhores condições de produção de carboidratos, foi estudado o processo de separação de biomassa do meio de cultivo, a partir dos coagulantes FeCl3, Al2(SO4)3 e tanino. O efeito dos coagulantes na separação da biomassa foram estudados, quanto ao pH (6,0, 7,0 e 8,0) e concentração de coagulantes (50, 300 e 550 mg.L-1), utilizando como parâmetro de medida, a eficiência de remoção de DQO, turbidez e sólidos suspensos (SS). Os resultados demonstraram que as concentrações de coagulantes influenciaram significativamente ao nível de significância de 5 %, na separação da biomassa, com eficiência significativa na remoção da DQO, turbidez e SS. A melhor condição avaliada foi a que utilizou tanino na concentração de 300 mg.L-1 e pH 7,0, o que resultou em uma água residuária com remoção média de 96 % da turbidez, com potencial de ser reutilizada. Por fim, foi realizada a identificação de carboidratos gerados por Aphanothece microscopica Nägeli. Os resultados evidenciaram uma biomassa com até 33,5 % de carboidratos totais, perfazendo uma fração de carboidratos extracelulares, na fase estacionária de crescimento celular, de aproximadamente 25 % e 8 % os carboidratos da parede celular. Ficou demonstrado ainda que a composição dos carboidratos extracelulares do microorganismo em estudo é constituído por mono e dissacarídeos perfazendo concentrações na ordem de 12,88 % de glicose, 3,54 % de rafinose, 3,43 % sacarose, 2,13 % de frutose e 2,45 % de ribose. Ficou demonstrado o potencial de produção de carboidratos por Aphanothece microscopica Nägeli quando cultivada no efluente da indústria de laticínios.

Dinâmica de nitrogênio em cultivo heterotrófico a partir de cianobactéria sob o escopo de biorrefinarias agroindustriais

O trabalho teve por objetivo avaliar a dinâmica de nitrogênio, em cultivo heterotrófico, a partir da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli, sob o escopo de uma biorrefinaria. Neste sentido, foi avaliada a contribuição dos compostos nitrogenados não proteicos, na dinâmica de distribuição do nitrogênio, na biomassa gerada pelo micro-organismo em estudo, quando cultivado em sistema autotrófico e heterotrófico. Para o cultivo em condições autotróficas, foi utilizado o meio padrão BG-11, enquanto que, para o cultivo em condições heterotróficas, foi empregado o efluente da indústria de laticínios. Inicialmente, foi avaliada a contribuição dos pigmentos na fração nitrogenada não proteica tendo como base dois experimentos. No primeiro experimento foi selecionada a melhor condição para a produção de pigmentos, expressos pela clorofila-a em sistema heterotrófico, tendo como base os parâmetros C/N (20, 40 e 60), N/P (5, 10 e 15) e concentração de inóculo (100, 200 e 300 mg.L-1), mediante um planejamento fatorial 23 . Os experimentos foram conduzidos em biorreator heterotrófico a 20°C, pH 7,6 e aeração contínua de 1VVM. A melhor condição de produção de pigmento foi indicada como sendo a 200 mg.L-1 de concentração celular, razões C/N 20 e N/P 10. Com base nestes resultados, um segundo experimento foi delineado, visando avaliar a contribuição de pigmentos na fração de nitrogênio não proteico, bem como avaliar a produção de clorofila-a e ficobiliproteínas (ficocianina, aloficocianina e ficoeritrina), sob influência da luz e do meio de cultivo. Foi possível destacar teores superiores de ficobiliproteínas na biomassa gerada no cultivo heterotrófico. No entanto, com notada diferença (p≤0,05) nos teores de clorofila-a, quando são comparadas as concentrações na biomassa de meios autotróficos (10,7 mg.g-1) e heterotróficos (1,0 mg.g-1). Fato este compensado pelo menor tempo de cultivo registrado para atingir o final do experimento, quando o micro-organismo é cultivado em condições heterotróficas. Fica demonstrado assim, ainda, a importante contribuição dos pigmentos na fração de nitrogênio não proteico. Na sequência, um terceiro e quarto experimentos foram delineados, visando avaliar a influência do nitrogênio inorgânico intracelular na fração não proteica e na produção de proteína, assim como a caracterização da fração proteica quanto ao seu perfil aminoacídico. O estudo da dinâmica do nitrogênio intracelular demonstrou que o N-NH4 + foi a forma nitrogenada predominante, perfazendo importante fração de N-NP, sendo, portanto, os teores de N-NP significativamente dependente dos teores de pigmentos e nitrogênio intracelular. Os aminogramas das biomassas geradas pelos cultivos autotróficos e heterotróficos indicaram como aminoácidos majoritários o ácido glutâmico e aspártico, seguidos por valina, leucina e isoleucina, e como minoritários, lisina, glicina e metionina. O perfil aminoacídico caracterizou-se por apresentar aminoácidos essenciais como isoleucina, metionina + cisteína, fenilalanina + tirosina, valina e treonina em concentrações superiores ao preconizado pela FAO/WHO. A caracterização da fração proteica quanto ao perfil aminoacídico qualificou esta biomassa como fonte potencial de proteína. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram a influência e dinâmica de distribuição dos compostos nitrogenados em Aphanothece microscopica Nägeli. Fica demonstrado, ainda, que a implementação do conceito de biorrefino, no tipo de agroindústria estudado, poderá representar importantes possibilidades de aproveitamento sustentável do efluente gerado.

Dynamic Coculture of a Prevascularized Engineered Bone Construct

The generation of functional, vascularized tissues is a key challenge for the field of tissue engineering. Before clinical implantations of tissue engineered bone constructs can succeed, in vitro fabrication needs to address limitations in large-scale tissue development, including controlled osteogenesis and an inadequate vasculature network to prevent necrosis of large constructs. The tubular perfusion system (TPS) bioreactor is an effective culturing method to augment osteogenic differentiation and maintain viability of human mesenchymal stem cell (hMSC)-seeded scaffolds while they are developed in vitro. To further enhance this process, we developed a novel osteogenic growth factors delivery system for dynamically cultured hMSCs using microparticles encapsulated in three-dimensional alginate scaffolds. In light of this increased differentiation, we characterized the endogenous cytokine distribution throughout the TPS bioreactor. An advantageous effect in the ‘outlet’ portion of the uniaxial growth chamber was discovered due to the system’s downstream circulation and the unique modular aspect of the scaffolds. This unique trait allowed us to carefully tune the differentiation behavior of specific cell populations. We applied the knowledge gained from the growth profile of the TPS bioreactor to culture a high-volume bone composite in a 3D-printed femur mold. This resulted in a tissue engineered bone construct with a volume of 200cm3, a 20-fold increase over previously reported sizes. We demonstrated high viability of the cultured cells throughout the culture period as well as early signs of osteogenic differentiation. Taking one step closer toward a viable implant and minimize tissue necrosis after implantation, we designed a composite construct by coculturing endothelial cells (ECs) and differentiating hMSCs, encouraging prevascularization and anastomosis of the graft with the host vasculature. We discovered the necessity of cell to cell proximity between the two cell types as well as preference for the natural cell binding capabilities of hydrogels like collagen. Notably, the results suggested increased osteogenic and angiogenic potential of the encapsulated cells when dynamically cultured in the TPS bioreactor, suggesting a synergistic effect between coculture and applied shear stress. This work highlights the feasibility of fabricating a high-volume, prevascularized tissue engineered bone construct for the regeneration of a critical size defect.

Ecology, physiology and performance in high-rate anaerobic digestion

The design demands on water and sanitation engineers are rapidly changing. The global population is set to rise from 7 billion to 10 billion by 2083. Urbanisation in developing regions is increasing at such a rate that a predicted 56% of the global population will live in an urban setting by 2025. Compounding these problems, the global water and energy crises are impacting the Global North and South alike. High-rate anaerobic digestion offers a low-cost, low-energy treatment alternative to the energy intensive aerobic technologies used today. Widespread implementation however is hindered by the lack of capacity to engineer high-rate anaerobic digestion for the treatment of complex wastes such as sewage. This thesis utilises the Expanded Granular Sludge Bed bioreactor (EGSB) as a model system in which to study the ecology, physiology and performance of high-rate anaerobic digestion of complex wastes. The impacts of a range of engineered parameters including reactor geometry, wastewater type, operating temperature and organic loading rate are systematically investigated using lab-scale EGSB bioreactors. Next generation sequencing of 16S amplicons is utilised as a means of monitoring microbial ecology. Microbial community physiology is monitored by means of specific methanogenic activity testing and a range of physical and chemical methods are applied to assess reactor performance. Finally, the limit state approach is trialled as a method for testing the EGSB and is proposed as a standard method for biotechnology testing enabling improved process control at full-scale. The arising data is assessed both qualitatively and quantitatively. Lab-scale reactor design is demonstrated to significantly influence the spatial distribution of the underlying ecology and community physiology in lab-scale reactors, a vital finding for both researchers and full-scale plant operators responsible for monitoring EGSB reactors. Recurrent trends in the data indicate that hydrogenotrophic methanogenesis dominates in high-rate anaerobic digestion at both full- and lab-scale when subject to engineered or operational stresses including low-temperature and variable feeding regimes. This is of relevance for those seeking to define new directions in fundamental understanding of syntrophic and competitive relations in methanogenic communities and also to design engineers in determining operating parameters for full-scale digesters. The adoption of the limit state approach enabled identification of biological indicators providing early warning of failure under high-solids loading, a vital insight for those currently working empirically towards the development of new biotechnologies at lab-scale.

Produção e purificação de biogás utilizando microalga spirulina sp. LEB-18

O crescimento da população mundial e a tentativa de substituição parcial dos combustíveis fósseis por novas fontes de energia têm levado a uma maior atenção quanto à possível escassez de alimentos e a carência de grandes áreas disponíveis para agricultura. Microalgas, por meio do metabolismo fotossintético, utilizam energia solar e gás carbônico como nutrientes para o crescimento. A microalga Spirulina pode ser utilizada como suplemento alimentar, na biofixação de CO2, como fonte de biocombustíveis e no tratamento de efluentes. A digestão anaeróbia da biomassa microalgal produz biogás e os resíduos deste processo podem ser utilizados como substrato para novos cultivos da microalga. O objetivo deste trabalho foi estudar a conversão de Spirulina sp. LEB-18 em biogás em escala piloto e produzir biomassa microalgal utilizando os efluentes bicarbonato e dióxido de carbono do processo anaeróbio como fonte de nutrientes. Spirulina foi utilizada como substrato na digestão anaeróbia para produção de biogás em escala piloto sob temperaturas variáveis (12- 38 °C). Efluente do processo anaeróbio foi adicionado (20 %, v/v) como fonte de carbono no cultivo da microalga para avaliar o crescimento e a composição da biomassa. A seguir foi avaliada a capacidade da microalga de remover CO2 presente no biogás através de biofixação para obtenção do biocombustível purificado. O biogás produzido sob as diferentes temperaturas apresentou entre 72,2 e 74,4 % de CH4, quando realizado nas temperaturas 12 a 21 °C e 26 a 38 °C, respectivamente. A redução na temperatura do processo anaeróbio provocou um decréscimo na conversão de biomassa em biogás (0,30 para 0,22 g.g-1 ), ocorrendo dentro da faixa adequada e segura para as bactérias metanogênicas (pH 6,9; alcalinidade entre 1706,0 e 2248,0 mg.L-1 CaCO3 e nitrogênio amoniacal 479,3 a 661,7 mg.L-1 ). Os cultivos de Spirulina sp. LEB-18 em efluente anaeróbio contendo 20 % (v/v) e meio Zarrouk modificado (NaHCO3 2,8 e 5,3 g.L-1 ) apresentaram velocidade específica máxima de crescimento entre 0,324 e 0,354 d-1 , produtividade volumétrica entre 0,280 e 0,297 g.L-1 .d-1 e produtividade areal entre 14,00 e 14,85 g.m-2 .d-1 , sem diferenças significativas (p > 0,05) entre as diferentes condições estudadas. Lipídios variaram entre 4,9 e 5,0 % com proporção de ácido linoleico maximizada nos meios com efluente e ácido alfa-linolênico reduzida nesses meios em comparação ao meio Zarrouk completo. Nos ensaios para avaliar a capacidade da microalga Spirulina sp. LEB-18 de remover CO2 contaminante no biogás, as máximas concentrações celulares e produtividades de biomassa variaram, respectivamente, entre 1,12 e 1,24 g.L-1 e 0,11 e 0,14 g.L-1 .d-1 , não apresentando diferenças significativas (p > 0,05) entre os ensaios. A maior fixação diária total (FDT) de dióxido de carbono obtida foi 58,01 % (v/v) em cultivos com adição de biogás contendo 25 % (v/v) CO2. Obteve-se biogás com 89,5 % (v/v) de CH4 após injeção em cultivos de Spirulina, no qual aproximadamente 45 % (v/v) do CO2 injetado foi fixado pela microalga, gerando biomassa para diversas aplicações e biogás purificado.

Production of bioplastics from hydrolysates of paper industry by Haloferax mediterranei

The biorefinery concept has attracted much attention over the last decade due to increasing concerns about the use of fossil resources. In this context emerged the use of bioplastics, namely polyhydroxyalkanoates (PHA). PHA are biocompatible and biodegradable plastics that can be obtained from renewable raw materials and can constitute an alternative solution to conventional plastics. In this work, hydrolysed cellulose pulp, coming from Eucalyptus globulus wood cooking, was used as substrate to the PHA-storing bacteria Haloferax mediterranei. The hydrolysed pulp is rich in simple sugars, mainly glucose (81.96 g.L-1) and xylose (20.90 g.L-1). Tests were made in defined medium with glucose and xylose and in hydrolysate supplemented with salts and yeast extract. Different concentrations of glucose were tested, namely 10, 15, 20, 30 and 40 g.L-1. The best accumulation results (27.1 % of PHA) were obtained in hydrolysate medium with 10 g.L-1. Using this concentration, assays were performed in fed-batch and sequencing batch reactor conditions in order to determine the best feeding strategy. The strategy that led to the best results was fed-batch assay with 24.7 % of PHA. An assay without sterile conditions was performed, in which was obtained the same growth than in sterilization test. Finally it was performed an assay in a bioreactor and a fast growth (0.14 h-1) with high glucose and xylose consumption rates (0.368 g.L-1.h-1 and 0.0947 g.L-1.h-1, respectively) were obtained. However 1.50 g.L-1 of PHA, corresponding to 16.1 % (92.52 % of 3HB and 3HV of 7.48 %) of % PHA were observed. The polymer was further characterized by DSC with a glass transition temperature of -6.07 °C, a melting temperature of 156.3 °C and a melting enthalpy of 63.07 J.g-1, values that are in accordance with the literature. This work recognizes for the first time the suitability of the pulp paper hydrolysate as a substrate for PHA production by H. mediterranei.

The Effect of Architecture and Shear Stress on Endothelialization of 3D Printed Vascular Networks

Despite significant progress in the field of tissue engineering within the last decade, a number of unsolved problems still remain. One of the most relevant issues is the lack of proper vascularization that limits the size of engineered tissues to smaller than clinically relevant dimensions. In particular, the growth of engineered tissue in vitro within bioreactors is plagued with this challenge. Specifically, the tubular perfusion system bioreactor has been used for large scale bone constructs; however these engineered constructs lack inherent vasculature and quickly develop a hypoxic core, where no nutrient exchange can occur, thus leading to cell death. Through the use of 3D printed vascular templates in conjunction with a tubular perfusion system bioreactor, we attempt to create an endothelial cell monolayer on 3D scaffolds that could potentially serve as the foundation of inherent vasculature within these engineered bone grafts.

A two-fluid model for tissue growth within a dynamic flow environment

We study the growth of a tissue construct in a perfusion bioreactor, focussing on its response to the mechanical environment. The bioreactor system is modelled as a two-dimensional channel containing a tissue construct through which a flow of culture medium is driven. We employ a multiphase formulation of the type presented by G. Lemon, J. King, H. Byrne, O. Jensen and K. Shakesheff in their study (Multiphase modelling of tissue growth using the theory of mixtures. J. Math. Biol. 52(2), 2006, 571–594) restricted to two interacting fluid phases, representing a cell population (and attendant extracellular matrix) and a culture medium, and employ the simplifying limit of large interphase viscous drag after S. Franks in her study (Mathematical Modelling of Tumour Growth and Stability. Ph.D. Thesis, University of Nottingham, UK, 2002) and S. Franks and J. King in their study Interactions between a uniformly proliferating tumour and its surrounding: Uniform material properties. Math. Med. Biol. 20, 2003, 47–89). The novel aspects of this study are: (i) the investigation of the effect of an imposed flow on the growth of the tissue construct, and (ii) the inclusion of a chanotransduction mechanism regulating the response of the cells to the local mechanical environment. Specifically, we consider the response of the cells to their local density and the culture medium pressure. As such, this study forms the first step towards a general multiphase formulation that incorporates the effect of mechanotransduction on the growth and morphology of a tissue construct. The model is analysed using analytic and numerical techniques, the results of which illustrate the potential use of the model to predict the dominant regulatory stimuli in a cell population.

Optimization of growth and bacteriocin activity of the food bioprotective Carnobacterium divergens V41 in an animal origin protein free medium

Optimization of Carnobacterium divergens V41 growth and bacteriocin activity in a culture medium deprived of animal protein, needs for food bioprotection, was performed by using a statistical approach. In a screening experiment, twelve factors (pH, temperature, carbohydrates, NaCl, yeast extract, soy peptone, sodium acetate, ammonium citrate, magnesium sulphate, manganese sulphate, ascorbic acid and thiamine) were tested for their influence on the maximal growth and bacteriocin activity using a two-level incomplete factorial design with 192 experiments performed in microtiter plate wells. Based on results, a basic medium was developed and three variables (pH, temperature and carbohydrates concentration) were selected for a scale-up study in bioreactor. A 23 complete factorial design was performed, allowing the estimation of linear effects of factors and all the first order interactions. The best conditions for the cell production were obtained with a temperature of 15°C and a carbohydrates concentration of 20 g/l whatever the pH (in the range 6.5-8), and the best conditions for bacteriocin activity were obtained at 15°C and pH 6.5 whatever the carbohydrates concentration (in the range 2-20 g/l). The predicted final count of C. divergens V41 and the bacteriocin activity under the optimized conditions (15°C, pH 6.5, 20 g/l carbohydrates) were 2.4 x 1010 CFU/ml and 819200 AU/ml respectively. C. divergens V41 cells cultivated in the optimized conditions were able to grow in cold-smoked salmon and totally inhibited the growth of Listeria monocytogenes (< 50 CFU g-1) during five weeks of vacuum storage at 4° and 8°C.

Caracterización de bacterias filamentosas en el funcionamiento de un reactor aerobio de la planta de tratamiento de aguas residuales de origen cervecero

La actividad industrial y el desarrollo material y económico, han traído como consecuencia la contaminación del aire, agua y el suelo; lo que ocasiona modificaciones físicas químicas y biológicas que han producido un deterioro en la calidad del agua, dando como resultado problemas de contaminación que afectan tanto la productividad de los sistemas como la salud humana. A las aguas de composición variada provenientes de uso municipal, industrial, comercial, agrícola, pecuario, o de cualquier otra índole, ya sea privada o pública que han sufrido una degradación o alteración en su calidad original se le conoce como agua residual. Este trabajo tiene como objetivo “Caracterizar las bacterias filamentosas en el funcionamiento de un reactor aerobio de la planta de tratamiento de aguas residuales de origen cervecero” para ello se estudió durante varios meses los parámetros físico-químicos y biológicos para poder así controlar de las bacterias filamentosas y así evitar en un futuro problemas de operación o poder controlar su crecimiento y por ende, ecológicos dentro del sistema de lodos activados. La identificación se realizó tomando muestras en el reactor aerobio y realizándole la tinción de Gram para posteriormente ser vistos en un microscopio de una resolución de 100x; luego se caracterizaron las bacterias juntas con los parámetros de operación del tanque de lodos por muestra y los resultados encontrados fueron la presencia de filamentos Microtrix Parvicella, Tipo 021N, y Sp1 (llamada así por no ser identificada, ni encontrada en la literatura), esta es una nueva especie encontrada, ya que es propia de este reactor aerobio y crecen principalmente en aguas cerveceras y por deficiencia de nutrientes en el sistema. Este trabajo nos permitió conocer la dinámica que existe entre los parámetros fisicoquímicos y los microorganismos que se encuentran en un biorreactor Aerobio. Esto nos llevó a comprender mejor el funcionamiento de estos sistemas dentro de plantas de aguas residuales de tipo industrial. ABSTRACT Industrial activity and the physical and economic development have resulted in contamination of air, water and soil, causing physical chemical and biological changes that have produced deterioration in water quality, resulting in pollution problems affects the productivity of the systems and human health. A varied composition waters from municipal, industrial, commercial, agricultural, livestock, or any other use, whether private or public who have suffered a degradation or alteration in their original quality is known as residual water. This work aims to "characterize filamentous bacteria in the operation of an aerobic reactor plant wastewater treatment brewer origin" for this physicochemical and biological parameters were studied for several months to thereby control bacteria stringy and avoid future problems in operation or to control their growth and thus ecological This work aims to "characterize filamentous bacteria in the operation of an aerobic reactor plant wastewater treatment brewer origin" for this physicochemical and biological parameters were studied for several months to thereby control bacteria stringy and avoid future problems in operation or to control their growth and thus ecological within the activated sludge system. This work allowed us to understand the dynamics between physicochemical parameters and microorganisms found in an aerobic bioreactor. This led us to better understand the operation of these systems within plants industrial wastewater.

Análisis transcripcional de la vía de secreción y metabolismo del metanol durante la producción de una proteína heteróloga en Pichia pastoris

La levadura metilotrófica Pichia pastoris es de gran importancia industrial principalmente en la producción de proteínas heterólogas. En un estudio reciente se emplearon cinco factores ambientales para definir condiciones de cultivo a nivel de bioreactor que condujeron a altos (CM) y bajos (CP) niveles de la producción extracelular de una fitasa recombinante en una cepa Muts de P. pastoris. Los resultados de este estudio mostraron que bajo las condiciones CM, la demanda y consumo de O2 y de metanol fueron más altos y condujeron a valores más altos en la velocidad específica de crecimiento (μ), biomasa (2.7 veces), niveles de producción de fitasa extracelular (5.5 veces) y rendimientos (Yp/x) que en CP. Con el fin de comprender los mecanismos de regulación transcripcional que afectan a la fisiología de P. pastoris por la sobre-producción de la proteína recombinante y las condiciones de cultivo, en este trabajo se realizó un análisis de expresión diferencial de genes (DGE) empleando la tecnología de secuenciación masiva de mRNA (RNAseq) de la cepa Muts de P. pastoris crecida bajo las condiciones CM y CP reportadas previamente. Además se validaron los resultados del estudio de DGE mediante RT-qPCR. Resultados: La expresión de 4,950 genes, el 93% de los genes totales anotados, fueron detectados. Se sub- y sobre-expresaron 350 y 413 genes respectivamente en CM respecto a CP. En CM vs CP se sobre-expresaron significativamente términos relacionados con la biosíntesis de aminoácidos, biosíntesis de nucleósidos de purina, regulación de la traducción, glicosilación de proteínas y mitosis, indicando una mayor actividad anabólica en CM. La transcripción del gen heterólogo y de los genes de la ruta de desasimilación del metanol no mostraron diferencias entre ambas condiciones de cultivo y fue inducida en metanol. Sin embargo las enzimas claves (DAS1 y DAS2) de la ruta de asimilación del metanol se sobre-expresaron significativamente en CM vs CP, indicando que CM está favorecida la producción de biomasa y la generación de energía a través de esta vía, explicando los valores más altos para la μ y biomasa obtenidos en CM respecto a CP. De 110 genes analizados involucrados en la vía de secreción, 20 se sobre-expresaron en CM vs CP, la sobre-expresión de estos genes indicaron que bajo las condiciones de CM, se presenta una mayor actividad transcipcional de los genes implicados en el transporte y translocación hacia el RE (15%), genes implicados en el plegamiento de proteínas en RE (25%), así como genes relacionados en el procesamieto de las proteínas a través del RE (30%) y Golgi (35%) que permitieron un estado fisiológico favorable para la secreción de la proteína heteróloga. De los 44 genes relacionados con el estrés en RE durante la secreción, en CM vs CP se sobre-expresaron genes UPR indicando, que bajo condiciones de CM, se promueve la expresión de genes relacionados con el plegamiento de proteínas y probablemente se evita el acumulamiento de proteínas mal plegadas. La sub-expresión de todos los genes relacionados con autofagia, es uno de los factores que podría explicar la menor actividad proteolítica observada en CM. Finalmente se observó una correlación entre los métodos de RNA-seq y RTqPCR (r2=0.7). Conclusiones: El análisis de la DGE señala que los factores ambientales en CM condujeron a la regulación de la expresión de genes del proceso de secreción y genes relacionados al estrés en RE durante la secreción que condujeron a valores de Yp/x, más altos en CM que en CP y no se atribuyen a una expresión diferencial del gen heterólogo. La regulación de la ruta del metanol hacia la asimilación y una mejor respuesta de adaptación al estrés en CM condujeron a un mayor crecimiento y producción de biomasa en CM que en CP.

Biological response of myoblasts to three-dimensional electrically conductive fibrous scaffolds

 Inter-bonded three-dimensional fibrous scaffolds were fabricated using a template-aided melt bonding method. A high-throughput bioreactor was developed for dynamic cell culture of Myoblasts. The scaffolds after surface modification with a conducting polymer, polypyrrole, showed greatly enhanced cell viability, proliferation and differentiation especially under an electrical stimulation.