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

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.

effect of the extracellular environment on the composition and function of synapses

Otto-von-Guericke-Universität magdeburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Dissertation, 2015

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.

The fourth extracellular loop of the alpha subunit of Na,K-ATPase. Functional evidence for close proximity with the second extracellular loop.

Na,K-ATPase is the main active transport system that maintains the large gradients of Na(+) and K(+) across the plasma membrane of animal cells. The crystal structure of a K(+)-occluding conformation of this protein has been recently published, but the movements of its different domains allowing for the cation pumping mechanism are not yet known. The structure of many more conformations is known for the related calcium ATPase SERCA, but the reliability of homology modeling is poor for several domains with low sequence identity, in particular the extracellular loops. To better define the structure of the large fourth extracellular loop between the seventh and eighth transmembrane segments of the alpha subunit, we have studied the formation of a disulfide bond between pairs of cysteine residues introduced by site-directed mutagenesis in the second and the fourth extracellular loop. We found a specific pair of cysteine positions (Y308C and D884C) for which extracellular treatment with an oxidizing agent inhibited the Na,K pump function, which could be rapidly restored by a reducing agent. The formation of the disulfide bond occurred preferentially under the E2-P conformation of Na,K-ATPase, in the absence of extracellular cations. Using recently published crystal structure and a distance constraint reproducing the existence of disulfide bond, we performed an extensive conformational space search using simulated annealing and showed that the Tyr(308) and Asp(884) residues can be in close proximity, and simultaneously, the SYGQ motif of the fourth extracellular loop, known to interact with the extracellular domain of the beta subunit, can be exposed to the exterior of the protein and can easily interact with the beta subunit.

D-amphetamine fails to increase extracellular dopamine levels in mice lacking alpha 1b-adrenergic receptors: relationship between functional and nonfunctional dopamine release.

It was found recently that locomotor and rewarding effects of psychostimulants and opiates were dramatically decreased or suppressed in mice lacking alpha1b-adrenergic receptors [alpha1b-adrenergic receptor knock-outs (alpha1bAR-KOs)] (Drouin et al., 2002). Here we show that blunted locomotor responses induced by 3 and 6 mg/kg d-amphetamine in alpha1bAR-KO mice [-84 and -74%, respectively, when compared with wild-type (WT) mice] are correlated with an absence of d-amphetamine-induced increase in extracellular dopamine (DA) levels in the nucleus accumbens of alpha1bAR-KO mice. Moreover, basal extracellular DA levels in the nucleus accumbens are lower in alpha1bAR-KO than in WT littermates (-28%; p < 0.001). In rats however, prazosin, an alpha1-adrenergic antagonist, decreases d-amphetamine-induced locomotor hyperactivity without affecting extracellular DA levels in the nucleus accumbens, a finding related to the presence of an important nonfunctional release of DA (Darracq et al., 1998). We show here that local d-amphetamine releases nonfunctional DA with the same affinity but a more than threefold lower amplitude in C57BL6/J mice than in Sprague Dawley rats. Altogether, this suggests that a trans-synaptic mechanism amplifies functional DA into nonfunctional DA release. Our data confirm the presence of a powerful coupling between noradrenergic and dopaminergic neurons through the stimulation of alpha1b-adrenergic receptors and indicate that nonfunctional DA release is critical in the interpretation of changes in extracellular DA levels. These results suggest that alpha1b-adrenergic receptors may be important therapeutic pharmacological targets not only in addiction but also in psychosis because most neuroleptics possess anti-alpha1-adrenergic properties.

Extracellular matrix components in peripheral nerve repair: how to affect neural cellular response and nerve regeneration?

Peripheral nerve injury is a serious problem affecting significantly patients' life. Autografts are the "gold standard" used to repair the injury gap, however, only 50% of patients fully recover from the trauma. Artificial conduits are a valid alternative to repairing peripheral nerve. They aim at confining the nerve environment throughout the regeneration process, and providing guidance to axon outgrowth. Biocompatible materials have been carefully designed to reduce inflammation and scar tissue formation, but modifications of the inner lumen are still required in order to optimise the scaffolds. Biomicking the native neural tissue with extracellular matrix fillers or coatings showed great promises in repairing longer gaps and extending cell survival. In addition, extracellular matrix molecules provide a platform to further bind growth factors that can be released in the system over time. Alternatively, conduit fillers can be used for cell transplantation at the injury site, reducing the lag time required for endogenous Schwann cells to proliferate and take part in the regeneration process. This review provides an overview on the importance of extracellular matrix molecules in peripheral nerve repair.