Synthesis of new peptide derivatives that self-assemble into nanostructured hydrogels for biomedical applications

Tese de Doutoramento em Ciências (área de especialização em Química)

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.

Síntese de péptidos contendo resíduos de aminoácidos não proteinogénicos

Dissertação de mestrado em Química Medicinal

Valorization of agro-industrial wastes towards the production of rhamnolipids

In this work, oil mill wastewater (OMW), a residue generated during olive oil extraction, was evaluated as an inducer of rhamnolipid production. Using a medium containing as sole ingredients corn steep liquor (10%, v/v), sugarcane molasses (10%, w/v) and OMW (25%, v/v), Pseudomonas aeruginosa #112 produced 4.5 and 5.1 g of rhamnolipid per liter in flasks and reactor, respectively, with critical micelle concentrations as low as 13 mg/l. Furthermore, in the medium supplemented with OMW, a higher proportion of more hydrophobic rhamnolipid congeners was observed comparing with the same medium without OMW. OMW is a hazardous waste which disposal represents a serious environmental problem; therefore, its valorization as a substrate for the production of added-value compounds such as rhamnolipids is of great interest. This is the first report of rhamnolipid production using a mixture of these three agro-industrial by-products, which can be useful for the sustainable production of rhamnolipids.

Biotechnological production and application of fructooligosaccharides

Currently, prebiotics are all carbohydrates of relatively short chain length. An important group is the fructooligosaccharides, which are a special kind of prebiotics associated to their selective stimulation of the activity of certain groups of colonic bacteria that have a positive and beneficial effect on intestinal microbiota, reducing incidence of gastrointestinal infections, respiratory and also possessing a recognized bifidogenic effect. Traditionally, these prebiotic compounds have been obtained through extraction processes from some plants, as well as through enzymatic hydrolysis of sucrose. However, different fermentative methods have also been proposed for the production of fructooligosaccharides, such as solid-state fermentation utilizing various agroindustrial by-products. By optimizing the culture parameters, fructooligosaccharides yields and productivity can be improved. The use of immobilized enzymes and cells has also been proposed as being an effective and economic method for large-scale production of fructooligosaccharides. This paper is an overview on the results of recent studies on fructooligosacharides biosynthesis, physicochemical properties, sources, biotechnological production and applications.

Domesticación y conservación de plantas nativas del centro de Argentina con potencial de usos múltiples

Con el retroceso de los bosques nativos se pierden hábitats y recursos fitogenéticos. Existen investigaciones científicas, técnicas y rescate de saberes populares sobre el aprovechamiento de especies autóctonas, búsqueda de productos derivados y servicios ambientales. Entre ellos se destacan estudios locales sobre principios activos con actividad pesticida y medicinal y el uso en paisajismo, mejoramiento ambiental y remediación de paisajes degradados. La información para propagar muchas especies nativas cuyo uso se promueve, no existe o no está calibrada para escala de cultivos intensivos. Este proyecto se enfoca sobre cuatro especies endémicas o nativas de Espinal y Chaco, que tienen gran valor de conservación y son promisorias por su potencial simultáneo de aplicación paisajística y para elaboración de pesticidas. La meta es promover la conservación regional de flora nativa a través del uso, con estrategias in situ-ex situ en áreas urbanas, industriales y rurales. Los objetivos específicos son a- Conservar y caracterizar muestras de las especies Flourensia oolepis, Dolichandra cynanchoides, Lepechinia floribunda y Achyrocline satureioides en el Banco Activo de Germoplasma del Jardín Botánico Gaspar Xuárez SJ de la UCC; b- Estudiar la propagación y cultivo de dichas especies y c- Transferir información y capacitar recursos humanos en técnicas de cultivo intensivo ambientalmente sustentable. La metodología contempla: a- Recolección georreferenciada de germoplasma a campo, que se conservará acondicionado en el Banco; b- Caracterización y evaluación de calidad de semillas en laboratorio siguiendo normas internacionales ISTA (peso de mil semillas, poder germinativo y viabilidad) y c- Calibración de protocolos de propagación sexual y cultivo en vivero (variables de supervivencia, sustratos, inóculos). La capacitación de recursos humanos se hará mediante pasantías y talleres de capacitación en el marco del Jardín Botánico y transferencia de información a viveristas, emprendedores y paisajistas. Como productos se esperan 40 nuevas accesiones al Banco y su correspondiente evaluación de calidad de semillas, protocolos de métodos de propagación y cultivo, la realización de un taller de capacitación y una pasantía al año y la publicación de resultados. La pertinencia de estudiar la domesticación de estas especies surge frente a su potencial de uso para múltiples fines y frente al poco desarrollo que aún presenta el sector de producción intensiva de especies nativas. Se espera que la información generada sirva de base, tanto para aportar materias primas y avanzar regionalmente en el desarrollo agroindustrial de pesticidas naturales, como para la provisión de ejemplares cultivados con técnicas conservativas de variabilidad y viabilidad genética para intervenciones paisajistas en áreas urbanas y remediación de paisajes, evitando la extracción directa del recurso.

Desarrollo de tableros aglomerados compactos de cáscara de maní. Peanuts husks compact board development

El presente proyecto de investigación solicitado es continuacion de una línea de trabajo con insumos de desecho agroindustrial regional en la provincia de Cordoba. Prevé aportes que contribuyan a la sustentabilidad económica y social, y ambiental. Se trata de aportar valor agregado a importantes cantidades residuales de cascaras de mani. Además promueve la produccion de materiales y componentes de construcción de viviendas saludables y accesibles para sectores con necesidades sociohabitacionales.El deshecho de cáscara de maní constituye hoy en la provincia de Córdoba, un recurso sobre abundante no aprovechado en la escala en que se dispone. Existen desarrollos para su aprovechamiento - camadas de aves, alimento de ganado, carbon activado- , que no alcanzan a consumir las enormes cantidades de cascaras que se disponen hoy: alrededor de 250 000 Tn/ año. (La produccion anual de mani en caja en la provincia de Cordoba es estimada en 700.000 Tn/año)A partir de los resultados ya obtenidos con paneles livianos termoaislantes, utilizados en cielorrasos y tabiques divisorios, el nuevo trabajo de investigación y desarrollo se propone avanzar sobre las condiciones de produccion de tableros compactos, similares a los producidos comercialmente con residuos de la industria de la madera. Se estudiaran y experimentaran las propiedades de uso de resinas poliester, ureaformaldehido y fenolformaldehido, bajo condiciones de alta presion y temperatura. En la primera etapa (1º año) buscamos obtener nuevos materiales en escala de probetas.En una etapa siguiente (2º año), los nuevos materiales obtenidos serán aplicados al diseño de componentes de vivienda. Se estudiarán las posibilidades alternativas de empleo en relación a los parámetros de evaluación : peso, resistencia mecánica, aislación térmica, resistencia a la humedad, y al envejecimiento acelerado.En la última etapa (3º año) los resultados obtenidos serán aplicados en modelos de escala real y/o prototipos demostrativos para evaluar su puesta en servicio.

Domesticación y conservación de plantas nativas del centro de Argentina con potencial de usos múltiples. Domestication and conservation of native plants from central Argentine with multiple potential uses.

Con el retroceso de los bosques nativos se pierden hábitats y recursos fitogenéticos. Existen investigaciones científicas, técnicas y rescate de saberes populares sobre el aprovechamiento de especies autóctonas, búsqueda de productos derivados y servicios ambientales. Entre ellos se destacan estudios locales sobre principios activos con actividad pesticida y medicinal y el uso en paisajismo, mejoramiento ambiental y remediación de paisajes degradados. La información para propagar muchas especies nativas cuyo uso se promueve, no existe o no está calibrada para escala de cultivos intensivos. Este proyecto se enfoca sobre cuatro especies endémicas o nativas de Espinal y Chaco, que tienen gran valor de conservación y son promisorias por su potencial simultáneo de aplicación paisajística y para elaboración de pesticidas. La meta es promover la conservación regional de flora nativa a través del uso, con estrategias in situex situ en áreas urbanas, industriales y rurales. Los objetivos específicos son a-Conservar y caracterizar muestras de las especies Flourensia oolepis, Dolichandra cynanchoides, Lepechinia floribunda y Achyrocline satureioides en el Banco Activo de Germoplasma del Jardín Botánico Gaspar Xuárez sj de la UCC; b-Estudiar la propagación y cultivo de dichas especies y c- Transferir información y capacitar recursos humanos en técnicas de cultivo intensivo ambientalmente sustentable. La metodología contempla: a- Recolección georreferenciada de germoplasma a campo, que se conservará acondicionado en el Banco; b- Caracterización y evaluación de calidad de semillas en laboratorio siguiendo normas internacionales ISTA (peso de mil semillas, poder germinativo y viabilidad) y c- Calibración de protocolos de propagación sexual y cultivo en vivero (variables de supervivencia, sustratos, inóculos). La capacitación de recursos humanos se hará mediante pasantías y talleres de capacitación en el marco del Jardín Botánico y transferencia de información a viveristas, emprendedores y paisajistas. Como productos se esperan 40 nuevas accesiones al Banco y su correspondiente evaluación de calidad de semillas, protocolos de métodos de propagación y cultivo, la realización de un taller de capacitación y una pasantía al año y la publicación de resultados. La pertinencia de estudiar la domesticación de estas especies surge frente a su potencial de uso para múltiples fines y frente al poco desarrollo que aún presenta el sector de producción intensiva de especies nativas. Se espera que la información generada sirva de base, tanto para aportar materias primas y avanzar regionalmente en el desarrollo agroindustrial de pesticidas naturales, como para la provisión de ejemplares cultivados con técnicas conservativas de variabilidad y viabilidad genética para intervenciones paisajistas en áreas urbanas y remediación de paisajes, evitando la extracción directa del recurso.

Aproximación al diseño de sistemas de bio-reactores para la delignificación de materiales lignocelulósicos y para la decontaminación de suelos y efluentes. Approximation to the design of bio-reactors systems for the delignificación of lignocellulosic materials and for the decontamination of soil and effluents

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS: Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes(por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas). The lignocellulosic raw materials of the agroindustrial activities can be taken advantage as source of lignin, hemicellulose and cellulose. The chemical treatment of this material is not easy because the above mentioned material is recalcitrant enough to such an assault, due to the presence of the lignin. This can be achieved also using the white-rot fungi of the wood. It produces extracellular ligninolitic enzymes, fundamentally Laccase, which oxidizes the lignin to CO2. The enzyme has application in such processes as in the delignification of lignocellulosic materials and in the biobleaching of fibers for paper industry, in the treatment of waste water of industrial plants, in the discoloration in textile industries, in the improvement of food for ruminants, in the detoxification of polutants and in bioremediation of contaminated soils. HYPOTHESIS: The white-rot fungi produce different types of enzymes, being the laccases the most adapted to explore them as catalysts in the following processes:  Delignification of residues of the forest industry in order to take advantage of such waste in the animal feed.  Decontamination of soils and / or waste waters. The studies will be conducted for the design of bio reactors that allow to answer to both questions raised in the hypothesis. For the delignification process of lignocellulosic material they propose two strategies: 1- to treat the material with the fungi 2-to use the partially purified enzyme to oxidize the polyphenolic compounds. For the soil and/or waste water decontamination process, we have: 3- Is know that the enzyme protects to the soil of the accumulation of organic dangerous compounds catalyzing reactions that involve degradation, polymerization and incorporation to complexes of the humic acid. There will be use soils incorporated into different pollutants. 4- We will work with waste waters (alpechins or the green olive debittering effluents.

Mass transfer effects on reactive separation processes - discovery of reactive arrheotropes

Membrane reactor, reactive membrane separation, arrheotrope, azeotrope, dusty gas model, esterification, residue curve map, distillation, kinetics, singular point, bifurcation

Distribution of the human intracellular serpin protease inhibitor 8 in human tissues.

Ovalbumin-like serine protease inhibitors are mainly localized intracellularly and their in vivo functions are largely unknown. To elucidate their physiological role(s), we studied the expression of one of these inhibitors, protease inhibitor 8 (PI-8), in normal human tissues by immunohistochemistry using a PI-8-specific monoclonal antibody. PI-8 was strongly expressed in the nuclei of squamous epithelium of mouth, pharynx, esophagus, and epidermis, and by the epithelial layer of skin appendages, particularly by more differentiated epithelial cells. PI-8 was also expressed by monocytes and by neuroendocrine cells in the pituitary gland, pancreas, and digestive tract. Monocytes showed nuclear and cytoplasmic localization of PI-8, whereas neuroendocrine cells showed only cytoplasmic staining. In vitro nuclear localization of PI-8 was confirmed by confocal analysis using serpin-transfected HeLa cells. Furthermore, mutation of the P(1) residue did not affect the subcellular distribution pattern of PI-8, indicating that its nuclear localization is independent of the interaction with its target protease. We conclude that PI-8 has a unique distribution pattern in human tissues compared to the distribution patterns of other intracellular serpins. Additional studies must be performed to elucidate its physiological role.

Estudis funcionals i de plegament dels dominis d'activació de les procarboxipeptidases

Els dominis d’activació (ADs) de les procarboxipeptidases de la subfamília A/B sempre han sorprès ja que representen una quarta part del proenzim. S’han realitzat alguns estudis per intentar descobrir-ne alguna possible funció alternativa, però no han estat fructífers. El descobriment de l’elevada velocitat de plegament del domini d’activació de la procarboxipeptidasa A2 humana, (ADA2h), emperò, va portar a proposar la possibilitat de que realitzessin una funció d’assistència al plegament del domini enzimàtic. Posteriorment, l’anàlisi del plegament d’ADA2h a pH baix va revelar la capacitat d’aquest domini per formar fibres amiloides, a més de demostrar que un increment de l’estabilitat proteica podia prevenir la formació d’aquests agregats. La profunda caracterització del plegament d’ADA2h va fer que aquesta proteïna fos un bon model amiloidogènic, de manera que es van proposar un seguit d’experiments que s’han desenvolupat en el present treball per tal de conèixer millor aquest procés. S’han dut a terme estudis cinètics d’agregació per tal de valorar la contribució dels diferents aminoàcids de la seqüència polipeptídica, utilitzant 29 variants puntuals d’ADA2h. Es va eliminar la contribució de l’estabilitat mitjançant la utilització d’urea, i per dicroïsme circular conjuntament amb un aparell de flux detingut, es van obtenir dues velocitats diferents, v1 i v2, que corresponen a la formació d’un intermediari i a la seva reorganització, respectivament. Experiments complementaris utilitzant espectroscòpia d’infraroig (IR) revelaren la reorganització de l’estat natiu (en aquest cas) per a donar la forma agregada. Les cinètiques d’IR van mostrar que ADA2h forma l’estructura _ típica de les fibres amiloides, previ desplegament les seves hèlixs-_. Finalment, s’han realitzat estudis de biocomputació per tal d’esbrinar possibles funcions alternatives dels ADs. Les superposicions estructurals semblen mostrar similaritat dels ADs amb dominis de reconeixement d’RNA (RRM). Aquesta hipòtesi s’ha comprovat experimentalment amb ADA4h, mostrant una dèbil, però existent, unió a RNA.

Mutational analysis of the highly conserved arginine within the Glu/Asp-Arg-Tyr motif of the alpha(1b)-adrenergic receptor: effects on receptor isomerization and activation.

We have suggested previously that both the negatively and positively charged residues of the highly conserved Glu/Asp-Arg-Tyr (E/DRY) motif play an important role in the activation process of the alpha(1b)-adreneric receptor (AR). In this study, R143 of the E/DRY sequence in the alpha(1b)-AR was mutated into several amino acids (Lys, His, Glu, Asp, Ala, Asn, and Ile). The charge-conserving mutation of R143 into lysine not only preserved the maximal agonist-induced response of the alpha(1b)-AR, but it also conferred high degree of constitutive activity to the receptor. Both basal and agonist-induced phosphorylation levels were significantly increased for the R143K mutant compared with those of the wild-type receptor. Other substitutions of R143 resulted in receptor mutants with either a small increase in constitutive activity (R143H and R143D), impairment (R143H, R143D), or complete loss of receptor-mediated response (R143E, R143A, R143N, R143I). The R413E mutant displayed a small, but significant increase in basal phosphorylation despite being severely impaired in receptor-mediated response. Interestingly, all the arginine mutants displayed increased affinity for agonist binding compared with the wild-type alpha(1b)-AR. A correlation was found between the extent of the affinity shift and the intrinsic activity of the agonists. The analysis of the receptor mutants using the allosteric ternary complex model in conjunction with the results of molecular dynamics simulations on the receptor models support the hypothesis that mutations of R143 can drive the isomerization of the alpha(1b)-AR into different states, highlighting the crucial role of this residue in the activation process of the receptor.

Molecular variation at a candidate gene implicated in the regulation of fire ant social behavior

The fire ant Solenopsis invicta and its close relatives display an important social polymorphism involving differences in colony queen number. Colonies are headed by either a single reproductive queen (monogyne form) or multiple queens (polygyne form). This variation in social organization is associated with variation at the gene Gp-9, with monogyne colonies harboring only B-like allelic variants and polygyne colonies always containing b-like variants as well. We describe naturally occurring variation at Gp-9 in fire ants based on 185 full-length sequences, 136 of which were obtained from S. invicta collected over much of its native range. While there is little overall differentiation between most of the numerous alleles observed, a surprising amount is found in the coding regions of the gene, with such substitutions usually causing amino acid replacements. This elevated coding-region variation may result from a lack of negative selection acting to constrain amino acid replacements over much of the protein, different mutation rates or biases in coding and non-coding sequences, negative selection acting with greater strength on non-coding than coding regions, and/or positive selection acting on the protein. Formal selection analyses provide evidence that the latter force played an important role in the basal b-like lineages coincident with the emergence of polygyny. While our data set reveals considerable paraphyly and polyphyly of S. invicta sequences with respect to those of other fire ant species, the b-like alleles of the socially polymorphic species are monophyletic. An expanded analysis of colonies containing alleles of this clade confirmed the invariant link between their presence and expression of polygyny. Finally, our discovery of several unique alleles bearing various combinations of b-like and B-like codons allows us to conclude that no single b-like residue is completely predictive of polygyne behavior and, thus, potentially causally involved in its expression. Rather, all three typical b-like residues appear to be necessary.

Transformación de los roles de las mujeres colonas y cambio socioambiental : el caso de la penetración de la minería transnacional en un agroecosistema de la comunidad de Junín, Ecuador

Este artículo trata de analizar el rol de las mujeres en una comunidad campesina de la Sierra norte del Ecuador, en función de las transformaciones socioambientales sufridas en base a dos procesos que se están dando hoy en día en el panorama local de Junín. Se trata por un lado de la tendencia de la comunidad hacia un modelo agroindustrial, y por el otro del conflicto socioambiental minero, latente desde hace poco más de una década en la realidad de la comunidad. Ambos procesos se encuentran fuertemente vinculados e influyen de manera directa sobre las estrategias de vida de la comunidad, puesto que ambos acaban transformando, debido a la aparición de nuevas actividades productivas, el uso que se hace de los recursos, de esta manera se observa una evolución del agroecosistema que conforma la comunidad de Junín. La discusión del presente estudio gira entorno a las repercusiones que estos dos procesos han tenido entorno al rol de la mujer, es decir se pretende estudiar un cambio social relacionado con el rol de la mujer en la comunidad, mediante un cambio ambiental que se ha dado entorno a estos dos procesos. De esta manera se ha observado que el conflicto minero ha sido el punto de partida que ha hecho salir a la mujer a la esfera pública, sobretodo por las alternativas productivas que ha creado, concretamente el ecoturismo por medio del cual la mujer ha pasado a realizar actividades productivas. Por otra parte, la modernización agrícola ha dejado patente la relación existente entre la mujer y la unidad doméstica. Esta tendencia hacia el modelo agroindustrial ha hecho desplazar a los hombres de la comunidad a realizar actividades agrícolas relacionadas con la comercialización, mientras que la mujer se ha mantenido en el sector de la agricultura de subsistencia.