Bio-detoxification of mycotoxins by lactic acid bacteria from different food matrices

Lactic acid bacteria (LAB) play a key role in the biopreservation of a wide range of fermented food products, such as yogurt, cheese, fermented milks, meat, fish, vegetables (sauerkraut, olives and pickles), certain beer brands, wines and silage, allowing their safe consumption, which gave to these bacteria a GRAS (Generally Recognised as Safe) status. Besides that, the use of LAB in food and feed is a promising strategy to reduce the exposure to dietary mycotoxins, improving their shelf life and reducing health risks, given the unique mycotoxin decontaminating characteristic of some LAB. Mycotoxins present carcinogenic, mutagenic, teratogenic, neurotoxic and immunosuppressive effects over animals and Humans, being the most important ochratoxin A (OTA), aflatoxins (AFB1), trichothecenes, zearalenone (ZEA), fumonisin (FUM) and patulin. In a previous work of our group it was observed OTA biodegradation by some strains of Pediococcus parvulus isolated from Douro wines. So, the aim of this study was to enlarge the screening of the biodetoxification over more mycotoxins besides OTA, including AFB1, and ZEA. This ability was checked in a collection of LAB isolated from vegetable (wine, olives, fruits and silage) and animal (milk and dairy products, sausages) sources. All LAB strains were characterized phenotypically (Gram, catalase) and genotypically. Molecular characterisation of all LAB strains was performed using genomic fingerprinting by MSP- PCR with (GTG)5 and csM13 primers. The identification of the isolates was confirmed by 16S rDNA sequencing. To study the ability of LAB strains to degrade OTA, AFB1 and ZEA, a MRS broth medium was supplemented with 2.0 g/mL of each mycotoxin. For each strain, 2 mL of MRS supplemented with the mycotoxins was inoculated in triplicate with 109 CFU/mL. The culture media and bacterial cells were extracted by the addition of an equal volume of acetonitrile/methanol/acetic acid (78:20:2 v/v/v) to the culture tubes. A 2 mL sample was then collected and filtered into a clean 2 mL vial using PP filters with 0.45 m pores. The samples were preserved at 4 °C until HPLC analysis. Among LAB tested, 10 strains isolated from milk were able to eliminate AFB1, belonging to Lactobacillus casei (7), Lb. paracasei (1), Lb. plantarum (1) and 1 to Leuconostoc mesenteroides. Two strains of Enterococcus faecium and one of Ec. faecalis from sausage eliminated ZEA. Concerning to strains of vegetal origin, one Lb. plantarum isolated from elderberry fruit, one Lb. buchnerii and one Lb. parafarraginis both isolated from silage eliminated ZEA. Other 2 strains of Lb. plantarum from silage were able to degrade both ZEA and OTA, and 1 Lb. buchnerii showed activity over AFB1. These enzymatic activities were also verified genotypically through specific gene PCR and posteriorly confirmed by sequencing analysis. In conclusion, due the ability of some strains of LAB isolated from different sources to eliminate OTA, AFB1 and ZEA one can recognize their potential biotechnological application to reduce the health hazards associated with these mycotoxins. They may be suitable as silage inoculants or as feed additives or even in food industry.

Development of nanohydrogels as a vehicle for the release of bioactive compounds in food matrices

PhD in Chemical and Biological Engineering

Patrones dinámicos de abundancia y dispersión de una plaga en un paisaje heterogéneo. Dynamic patterns of abundance and dispersion of a pest in a heterogeneous landscape.

El desarrollo de conocimiento empírico sobre cómo la heterogeneidad espacial de un paisaje afecta los patrones de movimiento de una especie animal es considerado una prioridad para el manejo y la conservación de las especies y sus hábitats. En el caso de los insectos plaga, estos estudios resultan importantes ya que aportan las bases teóricas y empíricas fundamentales para su manejo. La persistencia de éstas especies en un paisaje modificado depende de la interrelación entre procesos ecológicos y la estructura del paisaje, tales como la interacción entre especies, la disponibilidad de parches hábitat y la influencia de las prácticas de manejo. El análisis de éstos procesos en un agroecosistema permite simplificar los modelos de heterogeneidad espacial, debido a que los lotes de cultivo son internamente homogéneos y los disturbios antropogénicos generalmente ocurren a la escala de parche, permitiendo determinar las respuestas de los insectos a dicha escala. La alfalfa (Medicago sativa) es un recurso fundamental para la producción agropecuaria y en Argentina, es el recurso forrajero más importante, constituyendo la base de la producción ganadera del país. Actualmente se cultivan alrededor de 5 millones de hectáreas, de las cuales un millón se siembran en la provincia de Córdoba. Además, cumple un rol importante en la sustentabilidad de los sistemas de producción por su función de recuperación de la fertilidad y estabilidad edáfica. La isoca de la alfalfa (Colias lesbia) es la plaga principal del cultivo, produciendo en promedio la pérdida de un corte por año. La hipótesis principal de nuestro trabajo es que los patrones de abundancia y movilidad de la isoca de la alfalfa son afectados por la estructura del paisaje y las prácticas de manejo. Los objetivos específicos del proyecto son: (a) Establecer el efecto de la estructura del paisaje y y el manejo del cultivo en la abundancia de los distintos estadios de Colias lesbia. (b) Determinar los patrones de dispersión de Colias lesbia en relación a la heterogeneidad espacial del paisaje (c) Generar un modelo predictivo de la abundancia de Colias lesbia según la estructura espacial del paisaje, el clima y el manejo del cultivo. (d) Desarrollar un conjunto de recomendaciones de manejo a escala regional para el control de la isoca de la alfalfa. Para ello se elegirán lotes de alfalfa en la región este de la provincia de Córdoba, en el departamento de San Justo, donde se realizará un relevamiento inicial del área de estudio y se dialogará con los productores. Paralelamente, se realizará una clasificación supervisada del área de estudio a partir de escenas de imágenes Landsat TM. En los parches seleccionados, durante 3 años y durante los meses de verano, se muestrearán quincenalmente los distintos estadios de Colias lesbia. Se realizarán análisis de correlación y regresión entre las variables independientes (métricas de la configuración y dinámica del paisaje) y las variables dependientes, (abundancia media de los diferentes estadios de las poblaciones). Asimismo, se realizarán experimentos de marcado-liberación-recaptura para determinar cómo el movimiento de la especie depende de la estructura del paisaje. Para modelar el movimiento inherente de la especie se combinará la información obtenida en el campo con un modelo de difusión utilizando métodos bayesianos. Se espera obtener modelos que permitan comprender los mecanismos que generan los patrones observados. Con esta información se propondrán lineamientos generales y específicos para un manejo de la isoca de la alfalfa a escala regional. En tal sentido, se espera aportar información para restringir la dispersión de la plaga, y reducir los costos y perjuicios del control químico que podrían evitarse con la aplicación de prácticas de manejo integrado y de "manejo de área" que minimicen el impacto de la plaga como también contribuir al conocimiento general de la ecología de insectos.

Ganadería de precisión 1. Desarrollo de un sistema electrónico para construir matrices genealógicas aplicables al mejoramiento animal en diversas especies (Programa: sustentabilidad productiva de pequeños rumiantes en áreas desfavorables - supprad).

El mejoramiento animal tiene como función modificar genéticamente una población animal con un fin económico determinado. Las herramientas que se utilizan son: evaluación genética, selección y/o esquemas de apareamiento. La evaluación genética se realiza obteniendo información (marcadores) que predice el genotipo del animal que no es registrable directamente. Estos marcadores son el fenotipo o información física del animal y algún predictor del genotipo que puede ser un marcador químico o la relación de parentesco con otro animal (padre-madre, hermanos, progenie). El uso de los marcadores genéticos para determinar la genealogía está en desarrollo actualmente pero resulta extremadamente costoso para ciertos niveles de producción. Por otra parte, los dispositivos electrónicos ensayados hasta el momento no han resultado muy eficientes, por lo tanto se propone para este proyecto desarrollar un sistema electrónico de identificación animal que permita construir matrices de genealogía para la evaluación genética de reproductores de las diferentes especies en condiciones de producción extensivas. El proyecto se desarrollará entre especialistas en Mejoramiento Animal e Ingenieros Electrónicos, en un aporte multidisciplinario a la solución del problema de establecer la filiación a través del armado del par macho-hembra durante el servicio natural de las distintas especies y el par madre-cría en algún momento luego del parto. La solución propuesta consiste en la implementación de dispositivos electrónicos activos (microcontrolador y tranceptor de radiofrecuencia alimentados a batería) dispuestos como nodos de una red de sensores inalambricos. Estos dispositivos serán colocados a través de collares en los animales tomados como objeto de estudio y mediante el continuo intercambio de informacion entre ellos se generará una matriz de datos que permita a posterior establecer la relación que existe entre ellos a traves de la determinacion de la periodicidad de sus cercanías relativas.

Antioxidantes de matrices vegetales regionales concentrados con tecnologías de alto vacío

El objetivo general de este proyecto es el de estudiar la recuperación de nutracéuticos y antioxidantes a partir de orégano y romero, tanto evitando su perdida durante el procesamiento como mediante su extracción y concentración utilizando tecnologías eficientes y no contaminantes. Se fraccionarán los aceites esenciales y oleoresinas, por destilación molecular para obtener productos de alto contenido en nutracéuticos. Se estudiará la extracción-separación de nutracéuticos de un modo teórico-experimental. Se realizarán determinaciones experimentales de cada una de las operaciones, para distintos valores de las variables operativas más relevantes a efectos de estudiar su influencia y lograr la optimización de las operaciones. Se utilizarán los modelos de Redes Neuronales Artificiales para el modelado y optimizacion de las operaciones implementadas.

Procesos oxidativos en matrices alimentarias complejas. Oxidative processes in complex food matrices.

Las reacciones bioquímicas que ocurren como consecuencia del tratamiento y almacenamiento de los alimentos, mejoran la seguridad alimentaria, las propiedades sensoriales y la vida útil. Sin embargo, el tratamiento térmico, la exposición a la luz y el oxígeno pueden causar daño oxidativo a los lípidos y proteínas. Los procesos oxidativos de matrices complejas tienen características distintivas que no se manifiestan cuando los componentes son sometidos a oxidación individualmente. La hipótesis de trabajo es que la oxidación de proteínas en matrices alimentarias complejas altera la estructura y las propiedades funcionales de las proteínas y, que las modificaciones que se producen varían según las condiciones de procesamiento y de la composición química del alimento. Nuestros estudios intentan demostrar que el estado oxidativo de las proteínas de un alimento es un parámetro importante para la evaluación de las propiedades funcionales, sensoriales y nutricionales de un producto lácteo. El objetivo general del proyecto es el estudio de los procesos de oxidación de matrices alimentarias complejas (la leche, miel) y su relación con distintos procesos y materiales utilizados en la industria. Es decir, nos proponemos estudiar las consecuencias funcionales y biológicas (calidad nutricional, coagulación) de la oxidación proteica en modelos experimentales “in vitro” y en productos comerciales. 1. Estudiar los fenómenos de peroxidación proteica en leche entera y descremada sometida a los distintos procesos tecnológicos de la producción de leche y queso a escala laboratorio. Se realizarán las mismas experiencias con albúmina sérica y con proteínas aisladas de suero de leche para comparar diferencias entre una matriz compleja y una simple. 2. Determinar la relación entre oxidación y composición proteica de la leche, y los cambios en las fracciones proteicas aisladas (caseínas y beta-lactoglobulina). 3. Analizar el impacto de los procesos tecnológicos a nivel de producción primaria (composición proteica y estado de oxidación) en los indicadores de inflamación (contenido de células somáticas y proteína C Reactiva) y de estado redox (capacidad antioxidante de los productos lácteos y nivel de carbonilos de proteinas). 4. Comparar las características de composición química y el estado de oxidación de leche provenientes de las tres regiones (Buenos Aires, Santa Fe y Córdoba) que conforman la cuenca láctea Argentina. Este objetivo se realizará conjuntamente con los integrantes de nuestro grupo de investigación que trabajan en el Laboratorio de Control de Calidad de la Escuela Superior de Lechería. 5. Determinar los metabolitos secundarios de mieles uniflorales propuestos como responsables de la capacidad antioxidante de estas (polifenoles) y como indicadores de su origen botánico. 6. Valorar la capacidad antioxidante total de mieles uniflorales. 7. Validar los métodos analíticos y semicuantitativos utilizados y a utilizar en el presente proyecto teniendo en cuenta lo efectos de matrices típico de los fluidos biológicos y las mezclas. El estudio de las modificaciones oxidativas de matrices complejas es un tema que es importante tanto desde el punto de vista del conocimiento básico como del aplicado. Nosotros creemos que el presente proyecto aportará conocimiento sobre las características de las vías oxidativas de proteínas en matrices complejas y que podrá ser utilizado para diseñar estrategias productivas tendientes a disminuir el deterioro de la calidad de la leche debido a la exposición a energía radiante. Parte de la experiencia ganada por el grupo ha sido ya volcada a subsanar dificultades y problemas de oxidación y deterioro de la calidad de alimentos. Además, se contribuirá a discernir la paradoja que existe en el área sobre las propiedades oxidantes/antioxidantes de los polifenoles y la relación entre estas y el estado oxidativo de un alimento. The biochemical reactions that occur as a result of food treatment and storage, improve food security, sensory properties and shelf life. Heat treatment, exposure to light and oxygen can cause oxidative damage to lipids and proteins. Oxidative processes in complex matrices display distinctive features that do not appear when the components are individually subjected to oxidation. The hypothesis is that protein oxidation in complex food matrices alters the structure and functional properties of proteins and that the modifications vary according to process conditions and food composition. The main goal is to study oxidation of complex food matrices (milk, honey) with different processes and materials used in the industry. The specific aims are: 1. To study protein oxidation in whole milk and skim subject to various technological processes. The same experiences will be done with serum albumin and isolated whey proteins to compare complex and simple matrices. 2. To determine the relationship between oxidation and milk protein composition, and changes in casein and beta-lactoglobulin. 3. Analyze the impact of technological processes at the level of primary production on markers of inflammation and redox (antioxidant capacity and protein carbonyls). 4. Compare characteristics of chemical composition and oxidation state of milk. 5. Determine secondary metabolites of honey responsible for the antioxidant capacity of these. 6. To evaluate the total antioxidant capacity unifloral honey. This project will provide knowledge about characteristics of oxidative pathways of proteins in complex matrices that can be used to design production strategies aimed at reduce the deterioration of milk quality. Also, it would help to discern the paradox that exists on the oxidants/antioxidants properties of polyphenols and the relationship between these and the oxidative status of a food.

GANADERÍA DE PRECISIÓN. DESARROLLO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA CONSTRUIR MATRICES GENEALÓGICAS APLICABLES AL MEJORAMIENTO ANIMAL EN DIVERSAS ESPECIES.

El mejoramiento animal tiene como función modificar genéticamente una población animal con un fin económico determinado. Las herramientas que se utilizan son: evaluación genética, selección y/o esquemas de apareamiento. La evaluación genética se realiza obteniendo información (marcadores) que predice el genotipo del animal que no es registrable directamente. Estos marcadores son el fenotipo o información física del animal y algún predictor del genotipo que puede ser un marcador químico o la relación de parentesco con otro animal. El uso de los marcadores genéticos para determinar la genealogía está en desarrollo actualmente pero resulta extremadamente costoso para ciertos niveles de producción. Los dispositivos electrónicos ensayados hasta el momento no han resultado muy eficientes, por lo tanto se propone para este proyecto desarrollar un sistema electrónico de identificación animal que permita construir matrices de genealogía para la evaluación genética de reproductores de las diferentes especies en condiciones de producción extensivas. El proyecto se desarrollará entre especialistas en mejoramiento animal e ingenieros electrónicos, en un aporte multidisciplinario a la solución del problema de establecer la filiación a través del armado del para macho-hembra durante el servicio natural de las distintas especies y el par madre-cría en algún momento luego del parto. La solución propuesta consiste en la implementación de dispositivos electrónicos activos (microcontrolador y tranceptor de radiofrecuencia alimentados a batería) dispuestos como nodos de una red de sensores inalambricos. Estos dispositivos serán colocados en los animales tomados como objeto de estudio, y mediante el continuo intercambio de informacion entre ellos se genera una matriz de datos que permita a posterior establecer la relación que existe entre ellos a traves de la determinacion de la periodicidad de sus cercanias relativas.

Bird community in an Araucaria forest fragment in relation to changes in the surrounding landscape in Southern Brazil

The dynamics of the bird community in a small forest fragment was evaluated along seven years in relation to changes in the surrounding landscape. The study area is an Araucaria forest fragment in Southern Brazil (state of Paraná). The sampling period covered the years 1988 through 1994 and the mark-release-recapture method was utilized. The landscape analysis was based on Landsat TM images, and changes in exotic tree plantations, native forest, open areas (agriculture, pasture, bare soil, and abandoned field), and "capoeira"(native vegetation < 2 m) were quantified. The relationship between landscape changes and changes in abundance diversity of forest birds, open-area birds, forest-edge birds, and bamboo specialists was evaluated. Richness estimates were run for each year studied. The richness recorded in the study area comprised 96 species. The richness estimates were 114, 118 and 110 species for Chao 1, Jackknife 1 and Bootstrap, respectively. The bird community varied in species richness, abundance and diversity from year to year. As for species diversity, 1991, 1993 and 1994 were significantly different from the other years. Changes in the landscape contributed to the increase in abundance and richness for the groups of forest, open-area and bamboo-specialist species. An important factor discussed was the effect of the flowering of "taquara" (Poaceae), which contributed significantly to increasing richness of bamboo seed eaters, mainly in 1992 and 1993. In general, the results showed that landscape changes affected the dynamics and structure of the bird community of this forest fragment over time, and proved to have an important role in conservation of the avian community in areas of intensive forestry and agricultural activities.

Semigroups of matrices of intermediate growth

Finitely generated linear semigroups over a field K that have intermediate growth are considered. New classes of such semigroups are found and a conjecture on the equivalence of the subexponential growth of a finitely generated linear semigroup S and the nonexistence of free noncommutative subsemigroups in S, or equivalently the existence of a nontrivial identity satisfied in S, is stated. This ‘growth alternative’ conjecture is proved for linear semigroups of degree 2, 3 or 4. Certain results supporting the general conjecture are obtained. As the main tool, a new combinatorial property of groups is introduced and studied.

Modelling of bird distribution under complex mediterranean landscape dynamics: open habitat birds and fire (MEDFIRE)

Report for the scientific sojourn at the Simon Fraser University, Canada, from July to September 2007. General context: landscape change during the last years is having significant impacts on biodiversity in many Mediterranean areas. Land abandonment, urbanisation and specially fire are profoundly transforming large areas in the Western Mediterranean basin and we know little on how these changes influence species distribution and in particular how these species will respond to further change in a context of global change including climate. General objectives: integrate landscape and population dynamics models in a platform allowing capturing species distribution responses to landscape changes and assessing impact on species distribution of different scenarios of further change. Specific objective 1: develop a landscape dynamic model capturing fire and forest succession dynamics in Catalonia and linked to a stochastic landscape occupancy (SLOM) (or spatially explicit population, SEPM) model for the Ortolan bunting, a species strongly linked to fire related habitat in the region. Predictions from the occupancy or spatially explicit population Ortolan bunting model (SEPM) should be evaluated using data from the DINDIS database. This database tracks bird colonisation of recently burnt big areas (&50 ha). Through a number of different SEPM scenarios with different values for a number of parameter, we should be able to assess different hypothesis in factors driving bird colonisation in new burnt patches. These factors to be mainly, landscape context (i.e. difficulty to reach the patch, and potential presence of coloniser sources), dispersal constraints, type of regenerating vegetation after fire, and species characteristics (niche breadth, etc).

Landscape context on generalist and specialist aphid natural enemies

Report for the scientific sojourn at the University of Lund, Sweden, between May and September 2007. A landscape-scale research approach has been highlighted by a growing body of literature as essential for understanding important ecosystem services as biological control. Aphids are victims of a diversity of enemies making the aphid-enemy interaction a nice example for the role of enemy diversity for the functioning of biological control. Here it is examined the effects of landscape complexity on cereal aphids and associated natural enemies that varied in the degree of specialization. Parasitoids wasps abundance did not differ between landscape types but was strongly negatively related to the percentage of arable land. In contrast, abundances of generalist predators like Coccinellidae were significantly higher in simple landscapes since can benefit from the high availability of a variety of alternative resources within cropping systems. Consequently coccinellidae-to-aphid ratio was significantly higher in fields in homogenous landscapes as compared to fields included in an heterogeneous landscape, suggesting that enemy pressure on cereal aphids increases with landscape simplification. The landscape effect will depend mainly on the degree of specialization of functionally dominant natural enemies, so that the results imply that conservation actions aiming to optimise abundance for one taxonomic group in the agricultural landscape will not automatically increase abundance of other groups. Given that the strength of natural enemy impact on biocontrol depends on landscape features and the role of functionally dominant natural enemies. So, therefore it is essential to focus the future empirical work in examining the schedule of agricultural landscapes that maintain a diversity of generalist and specialist natural enemies.

Quantifying rates of landscape evolution and tectonic processes by thermochronology and numerical modeling of crustal heat transport using PECUBE

PECUBE is a three-dimensional thermal-kinematic code capable of solving the heat production-diffusion-advection equation under a temporally varying surface boundary condition. It was initially developed to assess the effects of time-varying surface topography (relief) on low-temperature thermochronological datasets. Thermochronometric ages are predicted by tracking the time-temperature histories of rock-particles ending up at the surface and by combining these with various age-prediction models. In the decade since its inception, the PECUBE code has been under continuous development as its use became wider and addressed different tectonic-geomorphic problems. This paper describes several major recent improvements in the code, including its integration with an inverse-modeling package based on the Neighborhood Algorithm, the incorporation of fault-controlled kinematics, several different ways to address topographic and drainage change through time, the ability to predict subsurface (tunnel or borehole) data, prediction of detrital thermochronology data and a method to compare these with observations, and the coupling with landscape-evolution (or surface-process) models. Each new development is described together with one or several applications, so that the reader and potential user can clearly assess and make use of the capabilities of PECUBE. We end with describing some developments that are currently underway or should take place in the foreseeable future. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

A concentric analysis of the impact of urbanization on the threatened European tree frog in an agricultural landscape

Pond-breeding amphibians are affected by site-specific factors and regional and landscape-scale patterns of land use. Recent anthropogenic landscape modifications (drainage, agriculture intensification, larger road networks, and increased traffic) affect species by reducing the suitable habitat area and fragmenting remaining populations. Using a robust concentric approach based on permutation tests, we evaluated the impact of recent landscape changes on the presence of the endangered European tree frog (Hyla arborea.) in wetlands. We analyzed the frequency of 1 traffic and 14 land-use indices at 20 circular ranges (from 100-m up to 2-km radii) around 76 ponds identified in western Switzerland. Urban areas and road surfaces had a strong adverse effect on tree frog presence even at relatively great distances (from 100 m up to 1 km). When traffic measurements were considered instead of road surfaces, the effect increased, suggesting a negative impact due to a vehicle-induced effect. Altogether, our results indicate that urbanization and traffic must be taken into account when pond creation is an option in conservation management plans, as is the case for the European tree frog in western Switzerland. We conclude that our easy-to-use and robust concentric method of analysis can successfully assist managers in identifying potential sites for pond creation, where probability of the presence of tree frogs is maximized.