Importance of the proportions of dietary polyunsaturated fatty acids and antioxoidants in larval development of marine fish

La acuicultura es uno de los sectores con mayor crecimiento en la producción animal mundial, con una tasa superior al 5% anual en la última década (Izquierdo et al., 2008). En la acuicultura, el éxito del cultivo de cualquier especie de peces marinos está limitado por la cantidad y la calidad de la producción en masa de sus alevines (Izquierdo y Fernández - Palacios, 1997). Por lo tanto, para cubrir las crecientes demandas de la producción de semillas, es necesario mejorar la calidad nutritiva de sus larvas, lo cual todavía constituye una de las principales limitaciones para el desarrollo del cultivo de especies de peces marinos (Watanabe et al., 1983; Yúfera y Pascual, 1984; Sargent et al. 1997; Izquierdo et al., 2000). Aunque la producción Mediterránea del cultivo de peces marinos se ha incrementado en varias especies, la dorada Sparus aurata continúa siendo la especie mas cultivada (Izquierdo, 2005), con una producción anual de alevines que supera los 120 millones/ año. La demanda de alevines de buena calidad está aumentando a un ritmo del 10% anual, pero el éxito de la producción de los juveniles se ve muy afectado por la eficacia de la primera alimentación y la calidad nutricional de la dieta de arranque (Kolkovski et al., 1993; Sargent et al., 1997; Izquierdo et al., 2000). En general, la dorada y la lubina europea (Dicentrarchus labrax) son las especies más importantes de peces marinos criados en la región mediterránea y han caracterizado el desarrollo de la acuicultura marina en esta región en las últimas tres décadas (FAO, 1999). Además, en la producción, de ambas especies, se prevee una mayor expansión (Basurco y Abellán, 1999). Sin embargo, a pesar de que el engorde de estas especies está bien controlado, el conocimiento de sus necesidades nutricionales, en comparación con otras especies como salmónidos y carpas, sigue siendo incompleto (NRC, 1993). Por lo tanto, para obtener un mejor crecimiento y una mayor tasa de supervivencia, es esencial una dieta que responda a las necesidades nutricionales de las larvas, tanto cualitativas como cuantitativas (Kolkovski et al., 1993; Sargent et al., 1997). Además, incluso antes de que comience el desarrollo larvario, los huevos de los peces deben contener todos los nutrientes que cubran los requerimientos adecuados para el desarrollo del embrión (Izquierdo y Fernández - Palacios, 1997). En los últimos años, las investigaciones han prestado gran atención a la importancia de los lípidos dietéticos para larvas de peces marinos (Izquierdo et al., 2003), puesto que son esenciales para el crecimiento y el desarrollo de los mismos (Watanabe, 1982; Sargent et al., 1999a). Como reflejo de esta importancia, la dieta para dorada y lubina se ha convertido en una dieta altamente energética (25% de lípidos) en comparación con la década anterior (12% de lípidos) (Izquierdo et al., 2003). Los lípidos dietéticos proporcionan una fuente rica de energía y fosfolípidos y son fundamentales para la estructura de las biomembranas. Los lípidos dietéticos también sirven como vehículos para la absorción de otros nutrientes, como las vitaminas liposolubles A, D, E, y K, y pigmentos naturales o sintéticos. Los lípidos son componentes de las hormonas y precursores para la síntesis de diversos metabolitos funcionales, como las prostaglandinas y otros eicosonoides. Además, los lípidos dietéticos son reconocidos como uno de los factores nutricionales más importantes que afectan el crecimiento y la supervivencia de las larvas (Watanabe et al., 1983), porque constituyen materiales esenciales para la formación normal de célula, las membranas de los tejidos y el desarrollo de órganos (Izquierdo et al., 1998, 2003; Pousaò et al., 2003). Sin embargo, la utilización de los lípidos dietéticos por las larvas puede verse afectada directa o indirectamente por varios cambios morfológicos y fisiológicos que ocurren durante el desarrollo larvario. En los últimos años ha habido más interés en todos estos aspectos nutricionales de los lípidos en las larvas de peces, debido a la importancia de utilización de los lípidos dieteticos para el óptimo crecimiento y supervivencia larvaria (Izquierdo et al., 2000).

Effects of dietary fatty acids on patterns of early mineralisation and bone formation in the axial skeleton of Sparus aurata (Linnaeus, 1758)

Máster Oficial en Cultivos Marinos. VI Máster Internacional en Acuicultura. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Enhancement of gilthead sea bream (Sparus aurata) and sea bass (Dicentrarchus labrax) larval growth by dietary vitamin E en relation to diffetent levels of essential fatty acids

[EN]Most marine fish larvae require high amounts of n-3 HUFA (highly unsaturated fatty acids) such as eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) (Watanabe, 1982; Izquierdo, 1996). Fish larvae tissue lipids are also very high in n-3 HUFA, what implies a higher risk of peroxidation (Sargent et al. 1999) and cellular damage (Kanazawa, 1991), requiring then antioxidants to protect them intra- and extra-cellularly from free radical compounds. Vitamin E (Vit E) functions as a chain breaking antioxidant, reacting with the lipid peroxide radical produced and preventing the further reaction with a new PUFA. Hence their requirements are related with the dietary and tissue PUFA contents. The objective of the present study was to determine the effect of dietary Vit E on gilthead sea bream and sea bass survival, growth and stress, at different n-3 HUFA levels.

Synthetic and mechanistic investigation of new radical processes: reaction of organic azides with group-XIII Lewis acids

Dichloroindium hydride revealed to be a valid alternative to tributyltin hydride for radical reduction of organic (alkyl, aryl, acyl, solfonyl) azides. The new approach entails mild reaction conditions and provides high yields of the corresponding amines and amides, also showing high degrees of selectivity. The system dichloroindium hydride / azides can be utilised in fivemembered ring closures of g-azidonitriles, as a new source of aminyl radicals for the attractive synthesis of interesting amidine compounds in the absence of both toxic reagents and tedious purification procedures. Allylindium dichloride seems a good substitute for dichloroindium hydride for generation of indium centred radicals under photolytic conditions, since it allows allylation of electrophilic azides (e.g. phenylsulfonyl azide) and halogen or ester δ-substituted azides, the latter through a 1,5-H transfer rearrangement mechanism. Evidences of the radical nature of the reactions mechanism were provided by ESR spectroscopy, furthermore the same technique, allowed to discover that the reaction of azides with indium trichloride and other group XIII Lewis acids, in particular gallium trichloride, gives rise to strongly coloured, persistent paramagnetic species, whose structure is consistent with the radical cation of the head-to-tail dimer of the aniline corresponding to the starting azide.

First evidences of the effect of polyunsaturated fatty acids in fish neural activity and their implications in behaviour

Programa de doctorado: Acuicultura: producción controlada de animales acuáticos; Grupo de Investigación en Acuicultura (GIA)

N-3 fatty acids and cardiovascular prevention

In this study we elucidate the role of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) in the prevention of cardiovascular diseases, focusing the attention on their role in the modulation of acyl composition of cell lipids and of gene expression. Regarding this latter mechanism, the effectiveness of PUFAs as activators of two transcriptional factors, SREBPs and PPARs, have been considered. Two different model system have been used: primary cultures of neonatal rat cardiomyocytes and an human hepatoma cell line (HepG2). Cells have been supplemented with different PUFAs at physiological concentration, and special attention has been devoted to the main n-3 PUFAs, EPA and DHA. PUFAs influence on global gene expression in cardiomyocytes has been evaluated using microarray technique. Furthermore, since it is not fully elucidated which transcription factors are involved in this modulation in the heart, expression and activation of the three different PPAR isoforms have been investigated. Hepatocytes have been used as experimental model system in the evaluation of PUFAs effect on SREBP activity. SREBPs are considered the main regulator of cholesterol and triglyceride synthesis, which occur mainly in the liver. In both experimental models the modification of cell lipid fatty acid composition subsequent to PUFAs supplementation has been evaluated, and related to the effects observed at molecular level. The global vision given by the obtained results may be important for addressing new researches and be useful to educators and policy makers in setting recommendations for reaching optimal health through good nutrition.

Tropospheric carboxylic acids in tropical rainforest environments

Der Übergang der Grenzschicht von stark ozeanisch auf kontinental beeinflusst wurde in 2 tropischen Küstenwaldgebieten Amerikas untersucht, wo Luftmassen vom Meer kommend über den Kontinent transportiert werden.Zwei Feldkampagnen wurden durchgeführt; in Costa Rica (CR; 07.1996) und in Surinam (04.1998). In CR wurde im nordöstlichen Flachgebiet (etwa 10°25' N; 84°W) Regenwasser gesammelt, in dem später Carboxylate, anorganischen Anionen, Ca2+, K+, NH4+ und Mg2+ gemessen wurden. Die Proben wurden an 5 verschiedenen Stellen entlang der Windrichtung 1, 20, 60, 60 und 80 km von der Küste gesammelt. In Surinam (Sipaliwini, 2°02' N, 56°08' W) wurden organischen Säuren aus der Gasphase gesammelt etwa 550 km von der Küste entfernt, sowohl wie O3 und CO. Die Proben wurden mittels Ionenchromatographie und Kapillarelektrophorese analysiert. Morgendliche Einmischung der nächtlichen residualen Schicht und Luft der unteren freien Troposphäre war Hauptquelle für HCOOH und CH3COOH in der Tagesmischschicht. Es wurde gezeigt, dass lokale Produktion dieser Säuren durch chemische Reaktionen eine kleine Rolle gespielt hat und dass direkte Emission vernachlässigbar war.Aus den beiden Feldkampagnen folgt, dass die Konzentrationen der sekundären Verbindungen HCOOH, CH3COOH, Ozon und CO in der Tagesmischschicht von Importen bestimmt wurden, was gilt für Regen- und Trockenzeit bis zu Entfernungen von 550 km zur Küste.

Development of bionanotechnological strategies for signal enhancement in nucleic acids biosensors

Nucleic acid biosensors represent a powerful tool for clinical and environmental pathogens detection. For applications such as point-of-care biosensing, it is fundamental to develop sensors that should be automatic, inexpensive, portable and require a professional skill of the user that should be as low as possible. With the goal of determining the presence of pathogens when present in very small amount, such as for the screening of pathogens in drinking water, an amplification step must be implemented. Often this type of determinations should be performed with simple, automatic and inexpensive hardware: the use of a chemical (or nanotechnological) isothermal solution would be desirable. My Ph.D. project focused on the study and on the testing of four isothermal reactions which can be used to amplify the nucleic acid analyte before the binding event on the surface sensor or to amplify the signal after that the hybridization event with the probe. Recombinase polymerase amplification (RPA) and ligation-mediated rolling circle amplification (L-RCA) were investigated as methods for DNA and RNA amplification. Hybridization chain reaction (HCR) and Terminal deoxynucleotidil transferase-mediated amplification were investigated as strategies to achieve the enhancement of the signal after the surface hybridization event between target and probe. In conclusion, it can be said that only a small subset of the biochemical strategies that are proved to work in solution towards the amplification of nucleic acids does truly work in the context of amplifying the signal of a detection system for pathogens. Amongst those tested during my Ph.D. activity, recombinase polymerase amplification seems the best candidate for a useful implementation in diagnostic or environmental applications.

Synthesis of Modified Amino Acids and Insertion in Peptides and Mimetics. Structural Aspects and Impact on Biological Activity.

I studied the effects exerted by the modifications on structures and biological activities of the compounds so obtained. I prepared peptide analogues containing unusual amino acids such as halogenated, alkylated (S)- or (R)-tryptophans, useful for the synthesis of mimetics of the endogenous opioid peptide endomorphin-1, or 2-oxo-1,3-oxazolidine-4-carboxylic acids, utilized as pseudo-prolines having a clear all-trans configuration of the preceding peptide bond. The latter gave access to a series of constrained peptidomimetics with potential interest in medicinal chemistry and in the field of the foldamers. In particular, I have dedicated much efforts to the preparation of cyclopentapeptides containing D-configured, alfa-, or beta-aminoacids, and also of cyclotetrapeptides including the retro-inverso modification. The conformational analyses confirmed that these cyclic compounds can be utilized as rigid scaffolds mimicking gamma- or beta-turns, allowing to generate new molecular and 3D diversity. Much work has been dedicated to the structural analysis in solution and in the receptor-bound state, fundamental for giving a rationale to the experimentally determined bioactivity, as well as for predicting the activity of virtual compounds (in silico pre-screen). The conformational analyses in solution has been done mostly by NMR (2D gCosy, Roesy, VT, molecular dynamics, etc.). A special section is dedicated to the prediction of plausible poses of the ligands when bound to the receptors by Molecular Docking. This computational method proved to be a powerful tool for the investigation of ligand-receptor interactions, and for the design of selective agonists and antagonists. Another practical use of cyclic peptidomimetics was the synthesis and biological evaluation of cyclic analogues of endomorphin-1 lacking in a protonable amino group. The studies revealed that a inverse type II beta-turn on D-Trp-Phe constituted the bioactive conformation.

Synthetische Glycopeptide mit Sulfatyl-Lewis X-Struktur als potenzielle Inhibitoren der Zelladhäsion

Zelladhäsionsprozesse sind von großer Bedeutung für zahlreiche biologische Prozesse, wie etwa die Immunantwort, die Wundheilung und die Embryogenese. Außerdem spielen sie eine entscheidende Rolle im Verlauf inflammatorischer Prozesse. An der Zelladhäsion sind verschiedene Klassen von Adhäsionsmolekülen beteiligt. Die erste leichte „rollende“ Adhäsion von Leukozyten am Ort einer Entzündung wird durch die Selektine vermittelt. Diese binden über die Kohlenhydrat-Strukturen Sialyl-Lewisx und Sialyl-Lewisa über eine calciumabhängige Kohlenhydrat-Protein-Bindung an ihre spezifischen Liganden und vermitteln so den ersten Zellkontakt, bevor andere Adhäsionsmoleküle (Cadherine, Integrine) die feste Adhäsion und den Durchtritt durch das Endothel bewirken. Bei einer pathogenen Überexpression der Selektine kommt es jedoch zu zahlreichen chronischen Erkrankungen wie z. B. rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße oder dem Reperfusions-syndrom. Außerdem wird eine Beteiligung der durch die Selektine vermittelten Zellkontakte bei der Metastasierung von Karzinomzellen angenommen. Ein Ansatzpunkt für die Behandlung der oben genannten Erkrankungen ist die Gabe löslicher kompetitiver Inhibitoren für die Selektine. Ziel der Arbeit war die Modifikation des Sialyl-Lewisx-Leitmotivs zur Steigerung der metabolischen Stabilität und dessen Einbau in die Peptidsequenz aus der für die Bindung verantwortlichen Domäne des endogenen Selektin-Liganden PSGL-1. Dazu wurden mit einer modifizierten Lewisx-Struktur glycosylierte Aminosäurebausteine dargestellt (Abb.1). Die Verwendung von Arabinose und des Sulfatrestes anstelle von Fusose und Sialinsäure sollte außerdem zu einer gesteigerten metabolischen Stabilität des synthetischen Liganden beitragen. Die so erhaltenen Glycosylaminosäuren sollten nun in die Festphasenpeptidsynthese eingesetzt werden. Aufgrund der großen säurelabilität konnte hier nicht auf das Standartverfahren (Wang-Harz, Abspaltung mit TFA) zurückgegriffen werden. Deshalb kam ein neuartiges UV-labiles Ankersystem zum Einsatz. Dazu wurde ein Protokoll für die Synthese und Abspaltung von Peptiden an diesem neuen System entwickelt. Daran gelang die Synthese des nichtglycosylierten Peptidrückgrats sowie eines mit der dem sulfatierten Lewisx-Motiv versehenen Glycopeptids. Ein vierfach sulfatiertes Glycopeptid, welches durch den Einsatz von im Vorfeld chemisch sulfatierer Tyrosin-Bausteinen dargestellt werden sollte, konnte massenspektrometrisch nachgewiesen werden.

Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn