Exploitation of Ashbya gossypii for the production of high-value products from glycerol feedstocks

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Transformacion de Productos Regionales mediante procesos catalíticos. Transformation of Regional products by catalytic processes.

En este proyecto se plantea la posibilidad de aumentar el valor agregado de compuestos abundantes en nuestro país (terpenos y glicerol) mediante reacciones de oxidación y transesterificación, reemplazando los procesos homogéneos existentes por procesos heterogéneos eco-compatibles. Para ello se desarrollarán catalizadores heterogéneos del tipo MCM-41 e hidroxidos de doble capa (HDC) que posean la función activa específica para estas reacciones bajo estudio.El limoneno, principal componente del aceite esencial de limón y los alfa- y beta- pinenos, presentes en el aceite de trementina, son materiales base ampliamente disponibles. Su oxifuncionalización catalítica, mediante reacciones de epoxidación u oxidación alilica, permite producir una gran variedad de productos como fragancias, agroquímicos, medicinas, etc. En tanto, se espera un marcado incremento en la disponibilidad de glicerol, subproducto de la producción de biodiesel. Mediante su transesterificación catalítica heterogénea es posible obtener selectivamente monoésteres, los cuales tienen importantes aplicaciones como emulsionantes o agentes de estabilización en la producción de fármacos, cosméticos y alimentos. El diseño y síntesis de los materiales catalíticos mencionados permitirá la obtención de productos químicos finos por métodos limpios con bajo impacto ambiental, atendiendo a los altos niveles de contaminación ambiental generados por los procesos homogéneos tradicionales.

Producción de ácido Itacónico por Aspergillus terreus y de Ácido Hialurónico por Streptococcus equi subsp. equi en Biorreactores de Tanque Agitado. Production of Itaconic Acid by Aspergillus terreus and of Hyaluronic Acid by Sreptococcus equi subsp. equi in Stirred Tank Bioreactors.

El proyecto aborda el problema general de establecer una metodología para el cambio de escala de la producción de metabolitos en biorreactores de tanque agitado.En el desarrollo de procesos de producción de metabolitos a partir de microorganismos, el cambio de escala es particularmente complejo, dado que los microorganismos experimentan un continuo cambio en sus rutas metabólicas durante el período de producción. Esto hace que en el proceso del cambio de escala, las mayores dificultades se encuentren en el desarrollo del inóculo y problemas ocasionados por modificaciones en las características de transferencia de calor, masa y momento.Dentro de este contexto general se definen dos objetivos específicos. Estos son: el estudio de la producción de ácido itacónico por Aspergillus terreus y el de la producción de ácido hialurónico por Streptococcus equi. subsp. equi, con la finalidad de desarrollar una metodología de trabajo experimental y teórica que permita sistematizar el estudio del factibilidad técnico-económica de plantas de producción, vinculando la investigación del procesos a escala de laboratorio con la producción a mayor escala.La hipótesis de trabajo es que el estudio de la producción de Aspergillus terreus y de Streptococcus equi en un biorreactor de tanque agitado a escala de laboratorio permitirá establecer los parámetros que contribuirán a realizar el cambio de escala de su producción y esto será verificado experimentalmente.Los trabajos se realizarán utilizando un biorreactor a escala de laboratorio especialmente diseñado para este tipo de trabajo. Los resultados experimentales se interpretarán con técnicas estadísticas y matemáticas de diferente complejidad a efectos de establecer los criterios de cambio de escala y luego se realizarán experiencias en un biorreactor piloto con el objeto de verificar la metodología seleccionada.El desarrollo del proyecto permitirá:1.- obtener información técnica útil sobre la producción de ácido itacónico, el que tiene importantes aplicaciones en la industria del plástico. La producción por medio del Aspergillus terreus MJL05 se realizará utilizando glicerol como fuente de carbono, el que constituye el principal subproducto en los procesos de manufactura de biodiesel. De este modo se podrá analizar la factibilidad técnica de una ruta alternativa para emplear este subproducto.2.- obtener información técnica útil sobre la producción de ácido hialurónico, biopolímero de alto valor agregado con importantes aplicaciones en medicina, y contribuir así a realizar el cambio de escala de su producción.

Daily variation of zooplankton abundance and evenness in the Rosana reservoir, Brazil: biotic and abiotic inferences

The zooplankton community presents stochastic temporal fluctuation and heterogeneous spatial variation determined by the relationships among the organisms and environmental conditions. We predicted that the temporal and spatial zooplankton distribution is heterogeneous and discrete, respectively, and that the daily variation of most abundant species is related to environmental conditions, specifically the availability of resources. Zooplankton samples were collected daily at three sampling stations in a lateral arm of the Rosana Reservoir (SP/PR). The zooplankton did not present significant differences in abundance and evenness among sampling stations, but the temporal variation of these attributes was significant. Abiotic variables and algal resource availability have significantly explained the daily variation of the most abundant species (p<0.001), however, the species distribution makes inferences on biotic relationships between them. Thus, not only the food resource availability is influential on the abundance of principal zooplankton species, but rather a set of factors (abiotic variables and biotic relationships).

Response of photosynthetic organisms to global change: an approach based on marker pigments

Report for the scientific sojourn carried out at the Department of Freshwater Ecology, National Environmetal Research Institute, Denmark, from 2006 to 2008. The main objective of the project was to reconstruct photosynthetic organism community composition using pigmentbased methods and to study their response to natural (e.g. climate) or anthropogenic (e.g. eutrophication) perturbations that took place in the system over time. We performed a study in different locations and at different temporal scales. We analysed the pigment composition in a short sediment record (46 cm sediment depth) of a volcanic lake (Lake Furnas) in the Azores Archipelago (Portugal). The lake has been affected during the last century by successive fish introductions. The specific objective was to reconstruct the lake’s trophic state history and to assess the role of land-use, climate and fish introductions in structuring the lake community. Results obtained suggested that whereas trophic cascade and changes in nutrient concentrations have some clear effects on algal and microbial assemblages, interpreting the effects of changes in climate are not straightforward. This is probably related with the rather constant precipitation in the Azores Islands during the studied period. We also analysed the pigment composition in a long sediment record (1800 cm sediment depth) of Lake Aborre (Denmark) covering ca. 8kyr of lake history. The specific objective was to describe changes in lake primary production and lake trophic state over the Holocene and to determine the photosynthetic organisms involved. Results suggested that external forcing (i.e. land use changes) was responsible of erosion and nutrient run off to the lake that contributed to the reported changes in lake primary production along most of the Holocene.

The effects of feeding Karlodinium veneficum (PLY # 103; Gymnodinium veneficum Ballantine) to the blue mussel Mytilus edulis

The effects of exposure to the type species for Karlodinium veneficum (PLY # 103) on immune function and histopathology in the blue mussel Mytilus edulis were investigated. Mussels from Whitsand Bay, Cornwall (UK) were exposed to K. veneficum (PLY # 103) for 3 and 6 days. Assays for immune function included total and differential cells counts, phagocytosis and release of extra cellular reactive oxygen species. Histology was carried out on digestive gland and mantle tissues. The toxin cell quota for K. veneficum (PLY #103) was measured by liquid chromatography-mass spectrometry detecting two separable toxins KvTx1 (11.6 ± 5.4 ng/ml) and KvTx2 (47.7 ± 4.2 ng/ml). There were significant effects of K. veneficum exposure with increasing phagocytosis and release of reactive oxygen species following 6 days exposure. There were no significant effects on total cell counts. However, differential cell counts did show significant effects after 3 days exposure to the toxic alga. All mussels produced faeces but not pseudofaeces indicating that algae were not rejected prior to ingestion. Digestive glands showed ingestion of the algae and hemocyte infiltration after 3 days of exposure, whereas mantle tissue did not show differences between treatments. As the effects of K. veneficum were not observed in the mantle tissue it can be hypothesized that the algal concentration was not high enough, or exposure long enough, to affect all the tissues. Despite being in culture for more than 50 years the original K. veneficum isolate obtained by Mary Parke still showed toxic effects on mussels.

Fabricació i anàlisi del biodièsel

La producció de biodièsel a partir d'olis de cuina utilitzats, amb l'objectiu de transformar un residu en un producte amb valor comercial i ambiental, és més net que els combustibles fòssils i contribueix a disminuir el gran consum de petroli que estem fent. En una primera part teòrica s’ha realitzat un treball de recerca d' informació del biodièsel per saber si és un bon combustible i si podria ser un possible substitut dels combustibles fòssils. En quant a la part pràctica l'objectiu principal ha estat fabricar el biodièsel . Les matèries primeres són oli de gira-sol i oli de cuina utilitzat, per tal de comparar les seves qualitats. S’ha arribat a la conclusió que presenten característiques molt semblants. Després de fer les anàlisis físico-químics de qualitat vam fer una mescla dels dos biodièsels fabricats, i el vam provar en un motor Dièsel per comprovar si funciona correctament i fer una comparació dels gasos emesos pel nostre combustible amb els emesos pel gasoil comercial. El resultat va ser molt positiu ja que el motor va funcionar correctament, i la comparació de gasos va sortir tal i com esperàvem ja que les quantitats de diòxid i monòxid de carboni emeses eren menors que en el gasoil.

Elaboració de nous recursos docents en el camp de la biologia vegetal, mitjançant l'ús de noves tecnologies de microscòpia com làser confocal i multifotó

Aquest projecte s'ha realitzat al Servei de Microscòpia de la Universitat Autònoma de Barcelona, i ha tingut una durada de dos anys (2007-2009). Els objectius concrets d'aquest projecte assolits per a les diferents assignatures ha estat l'anàlisi de característiques citològiques, característiques morfològiques i anatòmiques de les estructures vegetatives dels diferents nivells d’organització, característiques morfològiques i anatòmiques de les estructures reproductores. El material docent obtingut en aquest projecte està sent utilitzat en les assignatures següents: Botànica Farmacèutica, Biodiversitat vegetal marina, Recursos vegetals aquàtics: les algues, Plantes d'ús alimentari, Conserv. i gestió de poblacions i comunitats marines, Usos i cultius de recursos algals marins, B. i diversitat de criptògames, Biologia II, Tècniques Exp. de biologia II, Botànica, Biologia animal i vegetal. Per a la realització de l’estudi, s'ha obtingut una col·lecció d’imatges al MLC, MER i MET per aclarir els criteris sistemàtics. Durant el primer any s’han adquirit totes les imatges necessàries, per tal de poder elaborar el material didàctic en suport digital. Durant el segon any s’ha implementat aquest material a les respectives classes pràctiques i s’ha avaluat la seva importància en la millora de la formació dels alumnes i del suport al professor. L’aplicació del material elaborat a la docència pràctica durant el tot segon any ha permès fer un primer estudi per valorar la seva eficàcia i fer-hi les correccions oportunes. Durant tot el projecte, el treball conjunt de professors i tècnics ha estat bàsic per a l’obtenció de material didàctic adequat a la realitat dels estudis actuals i a la docència pràctica.

Molecular and isotopic characterization of biomarkers in the Frick Swiss Jura sediments: A palaeoenvironmental reconstruction on the northern Tethys margin

Molecular and stable carbon isotope compositions of source-specific hydrocarbons have been used to reconstruct palaeoenvironmental conditions during deposition of the Middle Hettangian to Upper Sinemurian sediments on the northern epicontinental Tethys margin, Frick Swiss Jura. Increasing algal, cyanobacterial and phytoplanktonic (i.e., dinoflagellate) contributions associated with the C-13-enrichment of cyanobacteria derivatives (i.e., hopanes and monomethylalkanes) suggest enhanced primary productivity upsection. This is related to the C-13-enrichment of dissolved CO2 in the upper layers and the progressive increase of depth and oxygenation of the water column. In the Middle Hettangian shallow-water environments (lagoon), the occurrence of green sulfur bacteria (Chlorobiaceae) derivatives indicates that the lower part of the water column was strictly anoxic and rich in H2S. Since these bacteria require very low light intensity to grow, these euxinic conditions may be extended up to the photic zone, allowing for anaerobic photosynthesis. Light penetration depth is most likely reduced by high productivity and/or turbidity in the photic zone. In these sediments, C-13-depleted hopanoids (-39.5 parts per thousand) are most likely associated with phototrophic purple sulfur bacteria utilizing isotopically light organic carbon at the base of the aerobic zone. These purple sulfur bacteria may have consumed the H2S used by Chlorobiaceae in the deeper layers and thus, sustained the algae and cyanobacteria productivity in the upper layers. The C-13-depleted carbonate (-13.3 parts per thousand) may be partially related to the anaerobic oxidation of the organic matter during bacterial sulfate-reduction. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Chemical and carbon isotopic evolution of hydrocarbons during prograde metamorphism from 100°C to 550°C: Case study in the Liassic black shale formation of Central Swiss Alps

Hydrocarbon distributions and stable isotope ratios of carbonates (delta(13)C(car), delta(18)O(car)), kerogen (delta(13)C(ker)), extractable organic matter (delta(13)C(EOM)) and individual hydrocarbons of Liassic black shale samples from a prograde metamorphic sequence in the Swiss Alps were used to identify the major organic reactions with increasing metamorphic grade. The studied samples range from the diagenetic zone (< 100 degrees C) to amphibolite facies (similar to 550 degrees C). The samples within the diagenetic zones (< 100 and 150 degrees C) are characterized by the dominance of C-< 20 n-alkanes, suggesting an origin related with marine and/or bacterial inputs. The metamorphic samples (200 to 550 degrees C) have distributions significantly dominated by C-12 and C-13 n-alkanes, C-14, C-16 and C-18 n-alkylcyclopentanes and to a lesser extend C-15, C-17 and C-21 n-alkylcyclohexanes. The progressive C-13-enrichment (up to 3.9 parts per thousand) with metamorphism of the C-> 17 n-alkanes suggests the occurrence of cracking reactions of high molecular weight compounds. The isotopically heavier (up to 5.6 parts per thousand) C-< 17 n-alkanes in metamorphic samples are likely originated by thermal degradation of long-chain homologous with preferential release of isotopically light C-1 and C-2 radicals. The dominance of specific even C-number n-alkylcyclopentanes suggests an origin related to direct cyclization mechanism (without decarboxylation step) of algal or bacterial fatty acids occurring in reducing aqueous metamorphic fluid conditions. The regular increase of the concentrations of n-alkylcycloalkanes vs. C-> 13 n-alkanes with metamorphism suggests progressive thermal release of kerogen-linked fatty acid precursors and degradation of n-alkanes. Changes of the steroid and terpenoid distributions are clearly related to increasing metamorphic temperatures. The absence of 18 alpha(H)-22,29,30-trisnorneohopane (Ts), the occurrence of 17 beta(H)-trisnorhopane, 17 beta(H), 21 alpha(H)-hopanes in the C-29 to C-31 range and 5 alpha(H),14 alpha(H),17 alpha(H)-20R C-27, C-29 steranes in the low diagenetic samples (< 100 degrees C) are characteristic of immature bitumens. The higher thermal stress within the upper diagenetic zone (150 degrees C) is marked by the presence of Ts, the disappearance of 17 beta(H)-trisnorhopane and thermodynamic equilibrium of the 22S/(22S + 22R) homohopane ratios. The increase of the alpha alpha alpha-sterane 20S/(20S + 20R) and 20R beta beta/(beta beta + alpha alpha) ratios (from 0.0 to 0.55 and from 0.0 to 0.40, respectively) in the upper diagenetic zone indicates the occurrence of isomerization reactions already at < 150 degrees C. However, the isomerization at C-20 (R -> S) reaches thermodynamic equilibrium values already at the upper diagenesis (similar to 150 degrees C) whereas the epimerisation at C-14 and C-17 (alpha alpha ->beta beta) arrives to constant values in the lower anchizone (similar to 200 degrees C). The ratios Ts vs. 17 alpha(H)-22,29,30-trisnorneohopane [(Ts/(Ts + Tm)] and 18 alpha(H)-30-norneohopane (C29Ts) vs. 17 alpha(H),21 beta(H)-30-norhopane [C29Ts/(C29Ts + C-29)] increase until the medium anchizone (200 to 250 degrees C) from 0.0 to 0.96 and from 0.0 to 0.44, respectively. An opposite trend owards lower values is observed in the higher metamorphic samples. The occurrence of specific hydrocarbons (e.g., n-alkylcyclopentanes, cadalene, hydrogenated aromatic compounds) in metamorphic samples points to kerogen degradation reactions most probably occurring in the presence of water and under reducing conditions. The changes of hydrocarbon distributions and carbon isotopic compositions of n-alkanes related to metamorphism suggest that the organic geochemistry may help to evaluate the lowest grades of prograde metamorphism. Copyright (c) 2005 Elsevier Ltd.

Estudi de la problemàtica de terbolesa de l’estany del Cortalet

S’ha detectat un problema de terbolesa de les aigües de l’estany del Cortalet del PNAE. El sòl d’aquest estany és de tipus sòdic, si pateix alguna alteració és possible que es presenti una desmembració deguda a l’acció dispersant del sodi. Alguns estudis demostren que la vegetació actua com a agent estructurador d’aquest sòl i li dóna estabilitat al sediment. Segons això, podria ser que l’origen de la terbolesa de l’aigua fos causa d’aquesta acció dispersant del sodi en sòls mancats de vegetació. Per analitzar si aquesta és la causa de la terbolesa, s’ha dut a terme un assaig experimental in situ de les causes físiques de la terbolesa de l’aigua, on s’ha tractat d’aïllar una zona amb vegetació, d’una sense vegetació. Els resultats demostren que la terbolesa era major a les zones vegetades i descarten la hipòtesi de l’acció dispersant del sodi en el sediment en sòls mancats de vegetació. Els resultats en canvi suggereixen que les causes de la terbolesa podrien ser d’origen biològic. Atès que es troben diferències entre la producció primària planctònica generada pel fitoplàncton, i bentònica, generada per la biomassa algal

Intervención en salud pública relacionada con la proliferación de microalgas tóxicas en una playa de Mijas (Málaga; España)

This paper provide an overview of the surveillance environmental efforts and risk management for the public health linked to the register of a disease outbreak related to an episode of toxic potentially and harmful microalgae, identified during the summer of 2010 in a recreational beach of a touristic municipality in the coast of Málaga (Spain). Phytoplankton analyses showed the presence of different species producers of marine biotoxins, dominating Ostreopsis cf. ovata in the followed immediately days to the communication of 39 clinical cases of people that required health cares. The risks of the toxins produced by microalgae must be taken into account in the health networks surveillance for recreational waters. This study suggests the possibility to review the actions of the public health services from Public Administration, to the light of the increasing information on episodic harmful algal blooms.

Resposta de les espècies algals a canvis en la disponibilitat de nutrients

L'objectiu general del projecte de tesi és el d'estudiar la resposta de les espècies algals a canvis en la disponibilitat de nutrients (i.e. NH4+/NO3-/PO43-). La hipòtesi de partida és que les alteracions en les concentracions absolutes i relatives de nutrients provoquen canvis en l'activitat de les espècies algals que seran més o menys intensos en funció de l’espècie i que són fruit de les característiques eco-evolutives intrínseques de cadascuna. Els objectius concrets es diferencien per l’escala temporal a la que s’observa la resposta, que va des de minuts fins a setmanes: Objectiu 1. Analitzar canvis a curt termini en l’activitat de les espècies degut a augments puntuals en la concentració absoluta i relativa de nutrients (NH4+/NO3-/ PO43-). S'ha vist que algunes espècies redueixen l’activitat fotosintètica a curt termini per destinar tots els recursos a l’assimilació de nutrients (Elrifi i Turpin 1986). S’estudiarà si aquesta pauta es troba de forma generalitzada i si respon a patrons evolutius, funcionals (mida, forma...) o ecològics (disponibilitat de nutrients). Objectiu 2. Analitzar, a mig termini, l’activitat de les espècies algals a diferents concentracions de NH4+/NO3-/ PO43-. Les respostes s’intentaran modelar, de manera que els paràmetres es puguin considerar trets funcionals característics de les espècies. S'estudiarà si la variabilitat en aquests trets respon a patrons evolutius o a d’altres trets funcionals com per exemple la mida. Objectiu 3. Analitzar com afecta, a llarg termini, la disponibilitat de nutrients en la composició d’espècies. Es detectarà quines espècies són més sensibles a les condicions de NH4+:NO3- i N:P del medi, i com es relaciona això amb les respostes específiques trobades en els objectius anteriors.

Biodièsel: impacte en origen del biodièsel consumit a Catalunya i a Espanya

Actualment la situació del mercat espanyol i català del biodièsel es caracteritza per les grans importacions d’oli de palma africana. Per a produir aquesta matèria primera s’estan establint plantacions a gran escala d’Elaeis guineensis (palma africana) a Indonèsia. El monocultiu d’Elaeis guineensis i la producció de l’oli tenen associats grans impactes ambientals i socials. Per una banda, els impactes ambientals són principalment la desforestació, el canvi d’ús del sòl, la pèrdua de biodiversitat, l’erosió del sòl i la contaminació de l’aire, del sòl de l’aigua. Per altra banda, els impactes socials més destacats són la violació dels drets humans dels pobles indígenes, els conflictes d’adquisició de terres i que es compromet la seguretat alimentària del país. Per tant, l’ús del biodièsel produït amb oli de palma africana redueix les emissions de GEH a Espanya i a Catalunya provocant un gran impacte ambiental i social a Indonèsia.

An integrated approach for the assessment of HAB dynamics in two NW Mediterranean bays from a GEOHAB perspective

Alfacs and Fangar Bay in the Ebro Delta, NW Mediterranean are the major sites in Catalonia for shellfish cultivation. These bays are subject to occasional closures in shellfish harvesting due to the presence of phycotoxins. Fish kills have also been associated with harmful algal blooms. The comparison of phytoplankton dynamics in both bays offers the opportunity to reveal differences in bloom patterns of species known to be harmful for the ecosystem and aquaculture activities. Field research is underway under the GEOHAB framework within the Core Research Project on HABs in Fjords and Coastal Embayments. The overall objective of this study is to improve our understanding of HAB biogeographical patterns, and key elements driving bloom dynamics in time and space within these semi-constrained embayments. Via the comparative approach we aim to improve the prediction for monitoring purposes, with a focus on Karlodinium spp. associated with massive kills of aquaculture species. This objective is addressed by incorporating long-term time series of phytoplankton identification and enumeration with the first results of recent field work in both bays. The latter includes the application of optical sensors, to yield a complementary view with enhanced spatial and temporal resolution of bloom phenomena.