Synthetic biology approaches to engineer new pathways for the production of plant secondary metabolites

Secondary metabolites from plants are important sources of high-value chemicals, many of them being pharmacologically active. These metabolites are commonly isolated through inefficient extractions from natural biological sources and are often difficult to synthesize chemically. Therefore, their production using engineered organisms has lately attracted an increased attention. Curcuminoids, an example of such metabolites, are produced in Curcuma longa and exhibit anti-cancer and anti-inflammatory activities. Herein we report the construction of an artificial biosynthetic pathway for the curcuminoids production in Escherichia coli. Different 4-coumaroyl-CoA ligases (4CL) and polyketide synthases (diketide-CoA synthase (DCS), curcumin synthase (CURS) and curcuminoid synthase) were tested. The highest curcumin production (70 mg/L) was obtained by feeding ferulic acid and with the Arabidopsis thaliana 4CL1 and C. longa DCS and CURS enzymes. Other curcuminoids (bisdemethoxy- and demethoxycurcumin) were also produced by feeding coumaric acid or a mixture of coumaric and ferulic acids, respectively. Curcuminoids, including curcumin, were also produced from tyrosine through the caffeic acid pathway. To produce caffeic acid, tyrosine ammonia lyase and 4-coumarate 3-hydroxylase were used. Caffeoyl-CoA O-methyltransferase was used to convert caffeoyl-CoA to feruloyl-CoA. This pathway represents an improvement of the curcuminoids heterologous production. The construction of this pathway in another model organism is being considered, as well as the introduction of alternative enzymes.

Microbial production of potent phenolic-antioxidants through solid state fermentation

The agroindustrial residues including plant tissues rich in polyphenols were explored for microbial production of potent phenolics under solid state fermentation processes. The fungal strains capable of hydrolyzing tannin-rich materials were isolated from Mexican semidesert zones. These microorganisms have been employed to release potent phenolic antioxidants during the solid state fermentation of different materials (pomegranate peels, pecan nut shells, creosote bush and tar bush). This chapter includes the critical parameters for antioxidants production from selective microbes. Technical aspects of the microbial fermentation of antioxidants have also been discussed.

Effects of fermentation residues on the melt processability and thermomechanical degradation of PHBV produced from cheese whey using mixed microbial cultures

"Available online 28 March 2016"

Engineering a commercial cold-adapted xylanase for improved low pH stability

Dissertação de mestrado em Genética Molecular

Characterization of microbial populations in a wastewater treatment plant focusing on Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Aspectos moleculares del desarrollo de biofilms, la colonización de la planta y la emisión de compuestos orgánicos volátiles en bacterias rizosféricas. Molecular aspects of biofilm development, plant colonization and microbial volatile organic emission in rhizospheric bacteria.

Las bacterias que habitan la rizosfera y que poseen la capacidad de provocar un efecto positivo sobre las plantas son denominadas en su conjunto como Rizobacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPR). Estas bacterias han desarrollado diferentes estrategias para adaptarse a diversas condiciones ambientales. La capacidad para responder a variaciones en la disponibilidad nutricional permite la persistencia de la bacteria en el suelo y mejora sus posibilidades para colonizar la planta hospedadora. En la naturaleza, a menudo las bacterias se encuentran en estructuras de comunidades de microorganismos interconectados denominados biofilms, con un estilo de vida diferente al de la vida en forma planctónica. La formación del biofilm podría representar una estrategia de supervivencia de la rizobacteria a condiciones adversas del suelo. Por Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM), hemos observado que Rhizobium leguminosarum desarrolla un biofilm característico sobre una superficie abiótica. Hemos identificado algunos de los factores genéticos que influyen en su formación. El presente proyecto propone avanzar en el conocimiento de los factores ambientales y genéticos que influyen sobre la capacidad de las rizobacterias para formar biofilms y su impacto en la interacción con las plantas. A través de enfoques genéticos (mutacionales y de expresión génica) y análisis por CLSM nos proponemos acercarnos a un modelo de los factores de superficie, extracelulares y regulatorios propios de la bacteria que influyen en las propiedades de adhesión y la formación de biofilms. Por último, se intentará correlacionar la emisión de compuestos orgánicos volátiles por las bacterias rizosféricas con ciertos aspectos de la promoción del crecimiento de las plantas.

Factores tecnológicos que inciden sobre la residualidad de plaguicidas en granos de soja. Technological factors affecting pesticide residues in soybean grains.

La producción de los cultivos está afectada por factores bióticos entre los que se destacan las enfermedades, malezas y plagas, por esto es de importancia el uso de plaguicidas que permitan mantener la producción. Sin embargo, estos productos constituyen un serio riesgo para la salud si no se aplican adecuadamente a fin de no dejar residuos en los granos. La introducción de marcos regulatorios cada vez más estrictos constituyen una barrera para las exportaciones actuales y futuras. El sistema agrícola-industrial argentino no cuenta aún con suficiente información para implementar las medidas adecuadas para prevenir la contaminación de granos con plaguicidas en pre y postcosecha. Se hipotetiza que la residualidad de plaguicidas en granos de soja en la Región Centro de Córdoba está influenciada por factores tanto tecnológicos como ambientales. La evaluación de la importancia relativa de estos factores permite sugerir estrategias de manejo adecuadas para asegurar niveles de residuos por debajo de los límites máximos permitidos. Se plantea como objetivo general identificar los factores tecnológicos (tecnología del cultivo, propiedades fisico-químicas de los plaguicidas, tecnología de aplicación) y sus interacciones, que inciden a campo y en postcosecha sobre el nivel de residuos de insecticidas en granos de soja, en la Región Centro de Córdoba. Como objetivos específicos se pretende cuantificar los residuos que generan las aplicaciones habituales de insecticidas, evaluar la influencia de los diferentes factores tecnológicos y sus interacciones sobre los niveles de residuos y adecuar curvas de disipación de plaguicidas a las condiciones de la región. También aportar conocimientos e información sobre el tema y sugerir prácticas de manejo que reduzcan los niveles de residuos, asegurando la calidad e inocuidad de los alimentos. Para el logro de estos objetivos se realizarán ensayos de evaluación de insecticidas a campo y en postcosecha en la localidad de Manfredi, Provincia de Córdoba, durante dos temporadas agrícolas. Se evaluarán distintas dosis y momentos de aplicación de los insecticidas endosulfán, clorpirifós+cipermetrina y fenitrotión en los ensayos a campo y fenitrotión, esfenvalerato, clorpirifós, deltametrina, DDVP y pirimifós metil en postcosecha. Con endosulfan se realizarán ensayos adecuados para el desarrollo de curvas de disipación. La determinación de residuos de plaguicidas se realizará utilizando determinación de multiresiduos a través cromatografía. Las curvas de disipación para endosulfan se ajustarán a través de modelos no lineales. Los conocimientos e información respecto a la influencia de los factores tecnológicos y sus interacciones sobre el nivel de residuos de plaguicidas en granos de soja, generados como resultados del presente proyecto, serán de utilidad para enriquecer las bases científico-técnicas en el tema y enfrentar el problema de la contaminación de granos con plaguicidas. Identificar la influencia de los factores tecnológicos y sus interacciones permitirá desarrollar prácticas de manejo tendientes a obtener productos con un nivel de residuos por debajo de los límites permitidos. La adecuación de curvas de disipación de plaguicidas a la Región Centro de Córdoba, permitirá efectuar predicciones sobre el contenido de residuos a causa de un tratamiento en un momento dado, conocer la importancia de las distintas variables y la posibilidad de variarlas para disminuir el nivel de residuos en los granos. Es importante profundizar sobre este tema ya que no existe la cantidad de información suficiente para enfrentar el problema de la contaminación por plaguicidas en nuestros sistemas productivos. Esta información es necesaria para poder garantizar la calidad e inocuidad de los alimentos tanto para el comercio interno como externo, asegurando la permanencia de los productos argentinos en los mercados internacionales.

Disposición plasmática y residuos tisulares de marbofloxacina en truchas arco iris (oncorhynchus mykiss) en condiciones estivales e invernales. Plasmatic disposition and tissue residues of marbofloxacin in rainbow trouts (oncorhynchus mykiss) in summer and winter conditions

Los sistemas intensivos de producción, predisponen en los peces a la presentación de diversas enfermedades, lo que demanda el empleo de antimicrobianos para mantener la salud de los lotes de cultivo. En tal sentido es importante contar con información local en cuanto al comportamiento cinético a los efectos de determinar una adecuada dosificación de los antimicrobianos empleados y con esta información, establecer los periodos de resguardo necesarios para evitar la presencia violativa de estos fármacos en el animal destinado a consumo humano. En el presente proyecto se propone efectuar un estudio farmacocinético de concentraciones plasmáticas y tisulares alcanzadas y establecer los periodos de resguardo para marbofloxacina, antimicrobiano del cual no se tienen antecedentes regionales en cuanto a su disposición a diferentes temperaturas como las que condicionan las estaciones de verano e invierno, de marcada variación en la provincia, modificando la actividad metabólica de los peces. La concreción de este proyecto permitirá entregar conocimientos concretos y de aplicación directa en la cría intensiva de la trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss) en diferentes condiciones ambientales, al contarse con la información necesaria para una adecuada dosificación y periodos de resguardo necesarios para evitar el residuo de este fármaco. Además, permitirá consolidar una línea de investigación dentro de la acuicultura muy poco desarrollada actualmente en el país. Intensive production systems predispose fishes to diverse diseases, which demands antimicrobial use for health maintenance in the lots of culture. In such sense it is important to have local information of the kinetic behavior to determine a suitable dosing of the antimicrobials employed, and on this information, to establish withdrawal periods to avoid the violative presence of these drugs in animals for human consumption. The present project will carry out a pharmacokinetic study of plasmatic and tissue concentrations to establish the withdrawal period for marbofloxacin, being known that temperature, modify the metabolic activity of the fish, and there are no local antecedents of disposition at different temperatures in summer and winter for this antimicrobial. The concretion of this project will allow to give concrete knowledge of direct application in intensive production of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), in different environmental conditions, counting with the necessary information for a suitable dosification and withdrawal periods to avoid residues of this drug. In addition, it will allow to consolidate an investigation line in acuiculture, not much developed in our country.

Lectures on plant physiology. Authorized English translation by R.J. Harvey Gibson.

suppl.

Development of a rehabilitation system for the red mud waste generated at the Aughinish Alumina Bayer Plant

Aughinish Alumina Limited (AAL) have an obligation by terms of their Integrated Pollution Control Licence (IPCL) and Planning Permission to establish vegetation on the red mud stack at their plant at Aughinish, Co. Limerick. High pH and high exchangeable sodium percentage are the main known factors limiting the establishment of vegetation on red mud. Gypsum addition has been known to assist in alleviating these problems in other countries. However, there is no experience or published information on red mud rehabilitation under Irish conditions. Red mud with organic and inorganic waste-derived ameliorants as well as selected grassland species were examined under laboratory controlled environment conditions as well as in field plot trials. Also, in order that it would be economically achievable, the research utilised locally available waste products as the organic amendments. Screening trials found that physical constraints severely limit plant germination and growth in red mud. Gypsum addition effectively lowers pH, exchangeable sodium percentage and the availability of A1 and Fe in the mud. A strong relationship between pH, ESP and A1 levels was also found. Gypsum addition increased germination percentages and plant growth for all species investigated. Greenhouse trials demonstrated that organic wastes alone did not greatly improve conditions for plant growth but when used in conjunction with gypsum plant performances for all species investigated was significantly increased. There was a high mortality rate for grasses in non-gypsum treatments. An emerging trend of preferential iron uptake and calcium deficiency in non-gypsum treatments was found at pot screening stage. Species also displayed manganese and magnesium deficiencies.