Novel strategies to combat gram-negative bacterial pathogens using bacteriophage proteins

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Development of a biorefinery–based bioprocess for pigment and lipid production by oleaginous yeasts

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Biorremediación de cromo y fenol mediante la aplicación de microorganismos nativos de la Provincia de Córdoba Bioremediation of chromium and phenol by the application of native microorganisms from Córdoba Province

La contaminación ambiental por metales pesados como el cromo y por compuestos orgánicos como los fenoles es un grave problema a nivel mundial debido a su toxicidad y a sus efectos adversos sobre los seres humanos, la flora y la fauna, tanto por su acumulación en la cadena alimentaria como por su continua persistencia en el medio ambiente. En un estudio preliminar, efectuado por nuestro laboratorio, se han detectado elevados niveles de estos contaminantes en sedimentos y efluentes en zonas industriales del sur de la provincia de Córdoba, lo cual plantea la necesidad de removerlos. Entre las tecnologías disponibles, la biorremediación, que se basa en el uso de sistemas biológicos, como los microorganismos, para la detoxificación y la degradación de contaminantes, se presenta como una alternativa probablemente más efectiva y de menor costo que las técnicas convencionales. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología depende en gran parte de la influencia de las características particulares y específicas de la zona a remediar. En consecuencia, en primer lugar se caracterizará la zona de muestreo y se aislarán e identificarán microorganismos nativos de la región, tolerantes a cromo y fenol, a partir de muestras de suelo, agua y sedimentos, ya que podrían constituir una adecuada herramienta biotecnológica, mejor adaptada al sitio a tratar. Posteriormente se estudiará la biorremediación de Cr y fenol utilizando dichos microorganismos, analizando su capacidad para biotransformar, bioacumular o bioadsorber a estos contaminantes, y se determinarán las condiciones óptimas para el tratamiento. Se analizarán los posibles mecanismos fisiológicos, bioquímicos y moleculares involucrados en la remediación, que constituye una etapa crucial para el diseño de una estrategia adecuada y eficiente. Finalmente, se aplicará esta tecnología a escala reactor, como una primera aproximación al tratamiento a mayor escala. De esta manera se espera reducir los niveles de estos contaminantes y así minimizar el impacto ambiental que ellos producen en suelos y acuíferos. A futuro, la utilización de los microorganismos seleccionados, de manera individual o formando consorcios, para el tratamiento de efluentes industriales previa liberación al medio ambiente, o su uso en bioaumento, constituirían posibles alternativas de aplicación. Los principales impactos científico-tecnológicos del proyecto serán: (a) la generación de una nueva tecnología biológica de decontaminación de cromo y fenol, intentando presentar soluciones frente a una problemática ambiental que afecta a nuestra región, pero que además es común a la mayoría de los países, (b) la formación de nuevos recursos humanos en el área y (c) el trabajo en colaboración con otros grupos de investigación que se destacan en el área de biotecnología ambiental. Environmental pollution produced by heavy metals, such as chromium and organic compounds like phenolics is a serious global problem due to their toxicity, their adverse effects on human life, plants and animals, their accumulation in the food chains and also by their persistance in the environment. In a previous study performed in our laboratory, high levels of these pollutants were detected in sediments and effluents from industrial zones of the south of Cordoba Province, which determine the need to remove them. Among various technologies, bioremediation which is based on the use of biological systems, such as microorganisms, to detoxify and to degrade contaminants, is probably the most effective alternative, and it is less expensive than other conventional technologies. However, the application of this technology depends on the influence of the particular and specific characteristics of the zone to be remediate. As a consecuence, at the first time, the zone of sampling will be characterized and then, native microorganisms, tolerant to chromium and phenol, will be isolated from soils, water and sediments and identificated. These microorganisms would be an adequate biotechnological tool, more adapted to the conditions of the site to be remediate than other ones. Then, the ability of these selected microorganisms to biotransform, bioaccumulate or biosorbe chromium and phenol will be studied and the optimal conditions for the treatment will be determined. The possible physiological, biochemical and molecular mechanisms involved in bioremediation will be also analized, because this is a crucial step in the design of an adequate and efficient remediation strategy. Finally, this technology will be applied in a reactor, as an approximation to the treatment at a major scale. A reduction in the levels of these pollutants will be expected, to minimize their environmental impact on soils and aquifers.

Degradación de efluentes de las industrias del cuero y textil mediante procesos fotocatalíticos heterogéneos empleando la luz solar. Degradation of effluents from the leather and textile industries through heterogeneous photocatalytic processes using sunlight.

El creciente desarrollo de la industria del cuero y textil en nuestro país, y específicamente en la provincia de Córdoba, ha hecho resurgir en los ultimos años una problemática aún no resuelta que es la elevada contaminación de los recursos hídricos. En ambas industrias, la operación de teñido involucra principalmente colorantes de tipo azoico los cuales son "no biodegradables" y se fragmentan liberando aminas aromáticas cancerígenas. Para abordar esta problemática, la fotocatálisis heterogénea aparece como una nueva tecnología que permitiría la completa mineralización de estos colorantes. A través de radiación y un fotocatalizador sólido adecuado se pueden generan radicales libres eficientes para la oxidación de materia orgánica (colorantes) en medio acuoso. En este sentido, se proponen tamices moleculares mesoporosos modificados con metales de transición (MT) como fotocatalizadores potencialmente aptos para la degradación de estos contaminantes. El propósito principal de este proyecto es el diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales mesoporosos que presenten actividad fotocatalítica ya sea mediante la modificación de su estructura con diversos metales fotosensibles y/o empleándolos como soporte de óxido de titanio. Se pretende evaluar estos materiales en la degradación de colorantes intentando desplazar su fotosensibilidad hacia la radiación visible para desarrollar nuevas tecnologías con menor impacto ambiental y mayor aprovechamiento de la energía solar. Para ello se sintetizarán materiales del tipo MCM-41 modificados con distintos MT tales como Fe, Cr, Co, Ni y Zn mediante incorporación directa del ión metálico o impregnación. Al mismo tiempo, tanto estos últimos materiales como el MCM-41 silíceo serán empleados como soporte de TiO2. Sus propiedades fisicoquímicas se caracterizarán mediante distintas técnicas instrumentales y su actividad fotocatalítica se evaluará en la degradación de colorantes azoicos bajo radiación visible. Se seleccionará el catalizador más eficiente y se estudiarán los diversos factores que afectan el proceso de fotodegradación. Así mismo, el análisis de la concentración del colorante y los productos presentes en el medio en función del tiempo de reacción permitirá inferir sobre la cinética de la decoloración y postular posibles mecanismos de fotodegradación. Con esta propuesta se espera contribuír al desarrollo de un sector industrial importante en nuestra provincia como es el de las industrias del cuero y textil, mediante la generación de nuevas tecnologías que empleen la energía solar para la degradación de sus efluentes (colorantes). En este sentido, se espera desarrollar nuevos materiales optimizados para lograr la mayor eficiencia fotocatalítica. Esto conduciría entonces hacia la remediación de un problema ambiental de alto impacto tanto para nuestra provincia y nuestro país como para la población mundial, como es la contaminación de los recursos hídricos. Finalmente, con este proyecto se contribuirá a la formación de dos doctorandos y un maestrando, cuyos temas de tesis están vinculados con nuestro objeto de estudio. The increasing development of the textile and leather industries in our country, and specifically in Córdoba, has revived an unresolved problem that is the high contamination of water resources. In both industries, the dyeing involves mainly type azoic dyes which are not biodegradable and break releasing carcinogenic aromatic amines. Heterogeneous photocatalysis appears as a new technology that would allow the complete mineralization of these pollutants. Through radiation and a suitable solid it is possible to generate free radicals for efficient oxidation of organic matter (dyes) in aqueous medium. In this respect, mesoporous molecular sieves modified with transition metals are proposed as potential photocatalysts. The main purpose of this project is the synthesis of mesoporous materials having photocatalytic activity for the degradation of dyes. We will try to move their photosensitivity to visible radiation to develop new technologies with lower environmental impact and greater use of solar energy. Materials MCM-41 modified with metals (Fe, Cr, Co, Ni and Zn) will be synthesized by direct incorporation or impregnation. These materials and the siliceous MCM-41 will be then employed as support of TiO2. The materials will be evaluated in the photocatalytic degradation of azoic dyes under visible radiation. The influence of different factors on the photodegradation proccess will be studied. Kinetic studies will be carried out and a possible reaction way will be proposed. Thus, this work will contribute to the advancement of an important industrial sector and the remediation of an environmental problem with high impact for our province and our country. Moreover, this proyect will contribute to the development of two doctoral tesis and one magister tesis which are vinculated with our study subject.

Memoria – beca BE2005

Report for the scientific sojourn at the Centre for Interdisciplinary studies in Environment and Development (CISED), located in Bangalore (Southern India), from September to December 2005. A field-work in the South Indian city of Chennai (former Madras) was developed to analyse the mounting urban (and peri-urban) water crisis. In view of tackling this matter, the state government has done a deal to construct a 100 million litres per day seawater desalination plant. Due to its relative energy-intensiveness (compared to conventional water supply means), the fact that such a large capacity plant will be located in poor country such as India, constitutes somewhat of a surprising novelty, as most desalination facilities in the world are to be found in the oil-rich Persian Gulf countries. This work faces the environmental impact, the energy-intensive technology required, the cost and the missed water management options

Why Catalonia will see its energy metabolism increase in the near future: an application of MuSIASEM

This paper applies the so-called Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) to the economy of the Spanish region of Catalonia. By applying Georgescu-Roegen's fund-flow model, it arrives at the conclusion that within a context of the end of cheap oil, the current development model based on the growth of low productivity sectors such as services and construction must change. The change is needed not only because of the increasing scarcity of affordable energy carriers, or because of the increasing environmental impact that the present development represents, but also because of an ageing population that demands labour productivity gains. This will imply industry requiring more energy consumption per worker in order to increase its productivity, and therefore its competitiveness. Thus, we conclude that energy intensity, and exosomatic energy metabolism of Catalonia will increase dramatically in the near future unless major conservation efforts are implemented in both the household and transport sectors.

Avaluació del risc ambiental de productes farmacèutics en l'àmbit català

S’ha dut a terme una Avaluació del Risc Ambiental dels productes farmacèutics més consumits en l’àmbit català treballant sobre un model de planta de tractament d’aigües residuals determinat. La Concentració ambiental estimada (PEC) pel medi aquàtic s’ha calculat a partir de dades fisicoquímiques dels fàrmacs tenint en compte una sèrie d’hipòtesis i suposicions prèvies. La Concentració estimada de no-efecte (PNEC) s’ha estimat mitjançant dades d’ecotoxicitat extretes de l’ECOSAR. Es considera que hi ha afecció al medi quan la relació PEC/PNEC excedeix d’1; en aquest estudi s’ha obtingut que l’Ibuprofèn, el Diclofenac i l’Atorvastatina superen aquest valor suposant, per tant, un risc per al medi ambient. D’aquesta manera es mostra que l’eliminació dels fàrmacs durant el procés de la depuració de les aigües residuals no resulta totalment eficient.

Sulphate-reducing bacteria associated with biocorrosion: a review

Biocorrosion means any process of corrosion in wich microorganisms are somehow involved. As far as the petroleum industry is concerned, the anaerobic type is the more important, with Sulphate-Reducing Bacteria (SRB) accouting for half of the described processes. SRB are obligate anaerobs that use sulphur, sulphate or other oxidized sulphur compounds as oxidizing agents when decomposing organic material. A typical product of SRB metabolism, hydrogen sulphide -H2S-, is extremely toxic. In the present work we review the literature on mechanisms underlying biocorrosive process in wich SRB are involved and summarize some of the ultrastructural and eletrochemical work developed using SRB obtained from water injection flow in wells located on PETROBRAS offshore marine plataforms, sampled directly in the field over metallic probes, or cultured under laboratory conditions. Biofilms develop when SRB adhere to inert surfaces. A high diversity of morphological types is found inside these biofilms. Their extracellular matrix is highly hydrated and mainly anionic, as shown by its avid reaction with cationic compounds like ruthenium red. We have noted that variations in iron contet lead to interesting changes in the ultrastructure of the bacterial cell coat and also in the rate of corrosion induced in metallic test cupons. Since routine methods to prevent and treat SRB contamination and biodeterioration involve the use of biocides that are toxic and always have some environmental impact, an accurate diagnosis of biocorrosion is always required prior to a treatment decision. We developed a method that detects and semi-quantifies the presence of living or dead SRB by using free silver potentials as an indicator of corrosive action by SRB-associated sulphides. We found a correlation between sulphide levels (determined either by spectrophotometry, or using a silver electrode -E(Ag)- that measured changes in free potentials induced by the presence of exogeneously added sulphide) and SRB concentration (enumerated by a culturing method). E (Ag) was characterized under a variety of conditions andwas found to be relatively immune to possible interference resulting from aeration of media or from the psence of iron corrosion products. The method offers a simple, rapid, and effective means of diagnosing biocorrosive processes prior to their control.

Plan de gestión de energías renovables en el Monasterio Sakya Tashi Ling del Garraf

En el presente estudio se han analizado las posibilidades de reducción del impacto ambiental que genera el consumo de energía en el Monasterio budista Sakya Tashi Ling del Parque del Garraf, mediante la mejora de la eficiencia energética de los edificios y la producción de la energía consumida a partir de fuentes de energía renovables. Se ha realizado un inventario exhaustivo de los flujos energéticos de entrada del Monasterio: electricidad y combustibles fósiles, y el análisis de estos datos ha permitido observar que la mayor parte del consumo energético del Monasterio tiene como uso final la iluminación. El consumo total de energía se ha cuantificado en 138 kWh/m2/año y la emisiones de CO2 en 177 kg CO2/m2/año. A partir de estos datos se ha estudiado la posibilidad de reducir el consumo y abastecer la demanda energética del Monasterio a través de fuentes de energía renovable como las placas solares fotovoltaicas o las calderas de biomasa. Para alcanzar este objetivo se han propuesto tres escenarios posibles con costes económicos y resultados muy distintos. A diferencia de los escenarios “Edificio Energía Plus” y “Edificio Energía 0”, el tercer escenario propuesto, que trataba de alcanzar el triple objetivo del Plan 20/20/20 (producir a partir de fuentes renovables el 20% de la energía consumida, aumentar en una 20% la eficiencia energética y reducir en un 20% las emisiones de CO2 derivadas del uso de la energía) ha resultado ser muy viable económicamente: la inversión necesaria se amortizaría en tan sólo 5 años.

Going beyond energy intensity to understand the energy metabolism of nations: the case of Argentina

The link between energy consumption and economic growth has been widely studied in the economic literature. Understanding this relationship is important from both an environmental and a socio-economic point of view, as energy consumption is crucial to economic activity and human environmental impact. This relevance is even higher for developing countries, since energy consumption per unit of output varies through the phases of development, increasing from an agricultural stage to an industrial one and then decreasing for certain service based economies. In the Argentinean case, the relevance of energy consumption to economic development seems to be particularly important. While energy intensity seems to exhibit a U-Shaped curve from 1990 to 2003 decreasing slightly after that year, total energy consumption increases along the period of analysis. Why does this happen? How can we relate this result with the sustainability debate? All these questions are very important due to Argentinean hydrocarbons dependence and due to the recent reduction in oil and natural gas reserves, which can lead to a lack of security of supply. In this paper we study Argentinean energy consumption pattern for the period 1990-2007, to discuss current and future energy and economic sustainability. To this purpose, we developed a conventional analysis, studying energy intensity, and a non conventional analysis, using the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) accounting methodology. Both methodologies show that the development process followed by Argentina has not been good enough to assure sustainability in the long term. Instead of improving energy use, energy intensity has increased. The current composition of its energy mix, and the recent economic crisis in Argentina, as well as its development path, are some of the possible explanations.

Pla d'acció d'energia sostenible al monestir tibetà Sakya Tashi Ling

El Monestir Budista del Garraf presenta un Pla Executiu per a l’ampliació del monestir. Amb la finalitat de millorar l’eficiència energètica en el futur monestir, s’estima el consum en compliment amb alguns criteris del Decret d’Ecoeficiència. Posteriorment, es realitza una comparació del consum actual del sistema amb l’estimat, analitzant les dades de manera global i per subsistemes. Mitjançant la realització d’un inventari del consum actual, l’estimació del consum futur, l’eficiència energètica i els potencials de captació d’energies renovables, es realitza un estudi per la implantació d’energies renovables al monestir. Es realitzen i s’avaluen les propostes per tal d’augmentar l’estalvi energètic del monestir i disminuir l’impacte ambiental. Es realitza l’estudi de dos escenaris energètics: el cobriment del 20% de la demanda energètica amb energies renovables (Pacte d’Alcaldes) i l’abastiment complet del consum amb energies renovables. Valorant diferents criteris ambientals, socials i econòmics es recomanen propostes per la seva aplicació.

A never-ending debate: Demand versus supply water policies. A CGE analysis for Catalonia

Water scarcity is a long-standing problem in Catalonia, as there are significant differences in the spatial and temporal distribution of water through the territory. There has consequently been a debate for many years about whether the solution to water scarcity must be considered in terms of efficiency or equity, the role that the public sector must play and the role that market-based instruments should play in water management. The aim of this paper is to use a Computable General Equilibrium (CGE) model to analyze the advantages and disadvantages associated with different policy instruments, from both a supply and a demand viewpoint, which can be applied to water management in Catalonia. We also introduce an ecological sector in our CGE model, allowing us to analyze the environmental impact of the alternative policies simulated. The calibration of the exogenous variables of the CGE model is performed by using a Social Accounting Matrix (SAM) for the Catalan economy with 2001 data. The results suggest that taking into account the principle of sustainability of the resource, the policy debate between supply and demand in water policies is obsolete, and a new combination of policies is required to respect the different values associated with water. Keywords: Water Policies; Computable General Equilibrium Model; Economic Effects; Environmental Effects.

Artificial Snow Optimization in Winter Sport Destinations Using a Multi-agent Simulation

This paper presents the Juste-Neige system for predicting the snow height on the ski runs of a resort using a multi-agent simulation software. Its aim is to facilitate snow cover management in order to i) reduce the production cost of artificial snow and to improve the profit margin for the companies managing the ski resorts; and ii) to reduce the water and energy consumption, and thus to reduce the environmental impact, by producing only the snow needed for a good skiing experience. The software provides maps with the predicted snow heights for up to 13 days. On these maps, the areas most exposed to snow erosion are highlighted. The software proceeds in three steps: i) interpolation of snow height measurements with a neural network; ii) local meteorological forecasts for every ski resort; iii) simulation of the impact caused by skiers using a multi-agent system. The software has been evaluated in the Swiss ski resort of Verbier and provides useful predictions.

La integració de les energies renovables en un model energètic sostenible

La sostenibilitat del model energètic de Catalunya es veu condicionada per aspectes com la dependència energètica, la seguretat de subministrament, l’eficiència energètica, els impactes ambientals i la demanda creixent. D’altra banda, la incorporació d’energia renovable en el mix energètic implica una major autonomia energètica, seguretat de subministrament a llarg termini, i eficiència energètica, així com un menor impacte ambiental. Tanmateix, la contribució en el sistema elèctric d’un volum ja important i creixent d’energia renovable requereix una complexa tasca d’integració a nivell tècnic i econòmic. Per aconseguir-ho, és necessari desenvolupar una regulació estable que complementi el procés de liberalització del sector amb l’objectiu d’acomodar la generació renovable en un model energètic sostenible. La (in)formació i participació de la demanda es presenta com una condició clau per engegar el camí cap a una nova cultura energètica.

De la baja de un buque de la Armada como recurso socio-económico y ambiental: estrategias para la cohesión y formación del tejido social, el futuro pesquero y la protección ambiental

En la actualidad, la Armada española cuenta con un total de 103 buques (LOBA, 2009). Cada uno de ellos tiene una misión específica de acuerdo a sus características. Dicha misión condicionará la vida útil del navío. Cuando un buque es dado de baja, surgen las siguientes preguntas: ¿Qué hacer con ellos? ¿Tienen alguna utilidad? ¿Generan un impacto ambiental? En este proyecto, se presentan diferentes propuestas que tienen como finalidad obtener el mayor beneficio del recurso. Cada una de ellas buscará el máximo rédito en aspectos como la cohesión en el tejido social y la socio-economía de una zona determinada y la protección del medio marino junto al futuro de la pesca de arrastre en nuestro país. A lo largo del trabajo, se verá la dificultad de desguazar buques con gran eslora en nuestros astilleros, así como también los problemas administrativos y políticos a los que se enfrentan asociaciones y ayuntamientos que quieren adquirir un buque, para convertirlo en un museo o en un pecio, respectivamente. El objetivo principal es dar a conocer cuál es la situación, pero sin entrar a determinar qué opción sería mejor para cada tipo de navío.