27/03/2010

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13/08/2009

Produccion de Acido citrico por Hongos

1.-Biosíntesis del Acido Cítrico
El ácido cítrico (ácido 2 hidroxipropano-1,2,3 tricarboxílico) es un producto metabólico primario y se forma en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. La glucosa es la principal fuente de carbono utilizada para la producción de este ácido. En muchos microorganismos el 80% de la glucosa utilizada para esta biosíntesis se metaboliza por reacciones de la vía de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) y 20 % por reacciones del ciclo de la pentosa fosfato. Durante la fase de crecimiento la relación entre estas dos vías es de 2:1. Cuando el piruvato es descarboxilado con formación de acetil-CoA, el residuo de acetato se canaliza hacia el ciclo de los ácidos tricarboxílicos..
La actividad de la citrato sintasa (enzima condensante) aumenta por un factor 10 durante la producción del ácido cítrico, mientras las actividades de las enzimas que catabolizan ácido cítrico, como la aconitasa y la isocitrato deshidrogenasa, se reducen drásticamente en comparación con su actividad durante la trofofase
La citrato sintasa no puede ser solamente responsable del mantenimiento de la actividad del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, ya que el ciclo se detendría si el ácido cítrico fuera removido. Por lo tanto deben existir durante la fase de producción distintas secuencias que rellenan los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (secuencias anapleróticas)
2.-Cepas Utilizadas

Muchas cepas excretan trazas de ácido cítrico como producto del metabolismo primario. Como ejemplos están Aspergillus niger, A. wentii, A. clavatus, Penicillium luteum, P. citrinum, Mucor piriformis, Paecelomyces divaricatum, Candida guillermondii, Saccharomycopsis lipolytica, Trichoderma viridae,
Sin embargo, para la producción comercial sólo se utilizan mutantes de A. niger. Comparado con las cepas de Penicillium, los aspergillus producen más ácido cítrico por unidad de tiempo. Además la formación de productos laterales no deseados, como ácido oxálico, ácido isocítrico y ácido glucónico puede ser más fácilmente suprimida en estos mutantes.
3.-Sistemas de Fermentación
El ácido cítrico puede ser producido tanto en procesos de superficie como sumergidos. Varios factores afectan la elección del tipo de proceso: la existencia de capital de inversión, la abundancia de energía, el costo, el entrenamiento de la mano de obra, la existencia de técnicas para la medida y la regulación.
3.1 Procesos en Superficie
En este sistema se utilizan bandejas de acero inoxidable, o aluminio de alta pureza, de 1-2m2 de superficie y 5-10cm de altura, que se cargan con el medio de cultivo y se siembran con conidios de Aspergillus. Al cabo de 2-5 días la superficie está cubierta con una capa de micelio. Con esto, se verifica una adecuada velocidad de producción de ácido cítrico, y la fermentación se completa en 7 a 8 días.
3.2 Procesos Sumergidos
El 80% de la producción mundial de ácido cítrico se hace mediante procesos sumergidos. Aunque dura más días que los otros métodos presenta varias ventajas: menor inversión en la construcción y menor inversión total, es necesaria menos mano de obra. También presenta algunas desventajas respecto de los métodos anteriores: mayor costo de energía, la tecnología de control es más sofisticada, con lo que se requiere un personal más especializado, la formación de espuma también es un problema en la producción de ácido cítrico, pero se soluciona por la adición de antiespumantes. En resumen, el rendimiento es mayor en la producción sumergida. Existen 3 factores especialmente importantes para los procesos sumergidos: La calidad del material para construir el fermentador: El fermentador debe estar protegido de la acción de los ácidos o bien ser de acero inoxidable, porque de no ser así, cuando se alcancen valores de pH de 1 ó 2, se liberarán metales de las paredes del fermentador, que podrán inhibir la formación de ácido cítrico

4.- Condiciones que Afectan la Fermentación del Proceso
4.1. Constituyentes del Medio
· Fuente de Carbohidrato:
Como fuente de carbohidratos pueden ser utilizados una serie de materias primas tales como almidón de papa, hidrolizados de almidón, jarabe de glucosa de almidón sacarificado, sacarosa de diferentes niveles de pureza, jarabe de caña de azúcar con dos tercios de la sacarosa convertida en azúcar invertido, melazas de caña de azúcar y de remolacha.
· Fuente de Nitrógeno:
En los medios sintéticos se agregan sales nitrogenadas, generalmente NO3NH4 (0.15-0.25%).Es importante que la fuente de N sea escasa respecto a la de C, para limitar el desarrollo del hongo. Si la concentración de N es elevada se forma mucho micelio y poco ácido cítrico; en cambio, si está en cantidad limitada, el hongo se desarrolla mientras lo dispone.
· Sales nutritivas:
En medios sintéticos se agregan pequeñas concentraciones de PO4H2K (0.03-0.3%) y SO4Mg (0.05-0.1%), para proporcionar al hongo elementos indispensables para su desarrollo. Emplenado cantidades mayores aumenta la formación de ácido oxálico y disminuye el rendimiento en ácido cítrico
· Elementos trazas
El cobre, manganeso, magnesio, hierro, zinc y molibdeno son necesarios para el crecimiento óptimo en el rango de las ppm. Sin embargo, un exceso respecto de las concentraciones óptimas puede tener un efecto tóxico
4.2. Condiciones Ambientales
- pH: El empleo de pH bajo favorece la producción de ácido cítrico, suprime la de oxálico, reduce al mínimo el peligro de contaminaciones y facilita la esterilización. El intervalo de pH más satisfactorio es de 1 a 2%.
- Temperatura: La temperatura óptima para las cepas productoras de ácido cítrico se encuentra entre 25°C y 35°C.
- Aireación: La formación de ácido cítrico es un fenómeno de oxidación y por lo tanto, el oxígeno no debe faltar nunca. Para cultivos de superficie, la circulación de aire saturado de humedad debe ser de 200 ml de aire por hora y por gramo de micelio. Para procesos a micelio sumergido, la cuba se airea con oxígeno o aire a presión (presión en la cuba, 2 a 3 atm), regulando la velocidad del agitador de manera de disolver más de 100mg de O2 por litro y por minuto.
6.- Recuperación del Producto
Si se llega a formar ácido oxálico como producto lateral debido a un bajo control de la fermentación, se precipita como oxalato de calcio a pH bajo, dejando el ácido cítrico en la solución como citrato monocálcico. Se utilizan filtros rotatorios o centrífugas para separar el micelio y el precipitado de oxalato cálcico del líquido. A pH 7,2 y 70-90 ºC, precipita el ácido cítrico, lo que permite a su vez que sea separado mediante filtros rotatorios y secado. Para algunos usos especiales, el ácido cítrico es purificado por adición de ácido sulfúrico para disolver el ácido cítrico, formándose un precipitado de sulfato cálcico. Las etapas subsiguientes de recuperación incluyen el tratamiento con carbón activado, cambiadores de iones y la cristalización como ácido cítrico o ácido cítrico monohidratado. Por encima de 40ºC el ácido cítrico cristaliza como ácido anhidro y por debajo de 36,5ºC como monohidrato. La pureza requerida del producto depende del uso para el que se prepare. Cuando se destina a la industria de los alimentos debe ser más puro que el que se necesita para usos industriales.

02/04/2009

Los priones y la enfermedad de las vacas locas

Hace unos años el equipo del biólogo peruano Edward Málaga Trillo, que trabaja en la Universidad de Konstanz, demostró la existencia de la proteína de prión (PrP) en peces.
Luego de muchos esfuerzos, este equipo ha encontrado respuestas a un misterio de la biología que permaneció como tal por más de 20 años.
El artículo salió publicado este martes en PLoS Biology, una revista especializada de alto impacto.
El hallazgo consiste en haber descubierto el lado bueno de la proteína de prión, que en su forma maligna causa males neurodegenerativos mortales e incurables. La relevancia de este trabajo es que ayuda a comprender la naturaleza de las enfermedades de priones, lo cual es requisito indispensable para lograr curarlas algún día.
Otro aspecto interesante de esto es que ha comprobado que las proteínas de prión (benignas) funcionan del mismo modo en humanos y en peces, lo cual sugiere que de ser susceptible a infección, los peces podrían ser utilizados eventualmente para estudiar estas enfermedades y hacer ensayos de medicamentos anti-priones.
El artículo ha sido avalado por reconocidos expertos en este campo de investigación, y la noticia está recibiendo bastante atención en los medios de ciencia en Internet (en inglés). Dada tu importante labor de divulgación científica, es importante difundir esta información en Lima, en especial porque se trata de un científico peruano que triunfa en el extranjero

12/03/2009

Archaeabacterias Termófilas e hipertermófilas

A partir de los datos de trabajo obtenidos con las series de 16s ARN, los Archaea se dividen actualmente en dos grandes grupos: Euryarchaea (Euryarchaeota) y Crenarchaea (Crenoarchaeota).
Vamos a revisar los grupos más importantes y sus representantes más conocidos.

Euryarchaeota

Mesófilos

en este grupo de Euryotas hay también numerosos organismos mesófilos, son los Haloarchaea (halófilos extremos y obligados) que ramifican en el seno de los Metanógenos en el arbol 16s ARN y los numerosos metanógenos mesófilos de los tres ordenes Methanobacteriales, Methanococcales y Methanomicrobiales. Estos dos últimos comprenden a la vez mesófilos, termófilos e hipertermófilos, lo cual es una situación única y muy interesante para los análisis comparativos. Por desgracia, todos los metanógenos son anaerobios estrictos lo que dificulta mucho su estudio.

Termófilos

las más estudiadas son el metanógeno Methanobacterium thermoautotrophicum (T máx 65ºC) y el termoacidófilo aerobio Thermoplasma acidophilum (T máx 60ºC, pH ópt 1.5). Este orden de los Thermoplasmales comprende también el género Picrophilus, descrito recientemente por Zillig (T máx 60ºC, pH opt 0.7, mín 0)

Hipertermófilos

los más estudiados son los Thermococcales (T max 90-105ºC), que comprenden los géneros Thermococcus y Pyrococcus. Son todos anaerobios heterótrofos, un gran número de ellos necesitan azufre o compuestos de azufre (Cisteína) para eliminar hidrógeno del medio (producción de H2S). Los organismos modelos son Pyrococcus furiosus (woesi) y Pyrococcus abyssi, que contiene el plásmido pGT5. En este grupo de Euryotas termófilos se encuentran también varios metanógenos, los más conocidos de ellos son Methanococcus jannashii (T máx 85ºC) cuyo genoma ha sido secuenciado por TIGR, y Methanopyrus kandlerii (T máx 110ºC). Como todos los metanógenos, son anaeorobios.


Crenarchaeota

Termófilos


existen Crenotas mesófilos e incluso psicrófilos que han sido detectados por PCR entre el bacterioplancton pero no han podido ser cultivados

Hipertermófilos

los Crenotas conocidos y cultivados son todos hipertermófilos. Los más conocidos son los Sulfolobales, acidófilos (pH opt 2-3) que son ya autótrofos ya heterótrofos. La mayoría son aerobios pero algunos pueden vivir perfectamente en anaerobiosis (género Acidianus) y unos pocos son anaerobios estrictos (Stygioglobus). Necesitan azufre para crecer y producen ácido sulfúrico en aerobiosis o H2S en anaerobiosis. Los organismos patrón son todos aerobios y heterótrofos. Son Sulfolobus acidocaldarius, Sulfolobus solfataricus y Sulfolobus shibatae que lleva el virus SSV1 en estado lisógeno (es un vector del genoma del virus). El resto de los Crenotas hipertermófilos son todos anaerobios. Pueden ser heterótrofos o quimiolitoautótrofos. Son los Archaea menos estudiados a nivel molecular y distiguimos tres ordenes, Pyrodictiales, Thermoproteales y Desulfurococcales, y numerosos géneros y especies. El orden de los Pyrodictiales comprende los géneros Pyrodyctium y Thermodiscus. El orden de los Thermoproteales incluye los géneros Thermoproteus, Pyrobaculum y Thermofilum. El orden de los Desulfurococcales incluye los géneros Desulfurococcus y Staphilothermus. Entre las especies más interesantes podemos citar Pyrodyctium ocultum (T máx 110ºC) y Thermoproteus tenax (T máx 90ºC) del que se conocen varios virus (serie TTV). Un organismo prometedor es Pyrobaculum aerophilum, un Thermoproteal microaerófilo.


Bacterias Termófilas e hipertermófilas




Hay 12 grupos principales de Eubacterias. Se puede observar que la mayoría de las ramas con especies conocidas y abundantes, irradian de un solo punto en el árbol.

Como si estuviesen un poco al margen, encontramos algunas ramas aisladas, más tempranas en el esquema evolutivo: éstos son grupos menores, con pocas especie, que no son generalmente abundantes y que se consideran los organismos más primitivos (longitud de su ramificación corta).

Los tres primeros grupos de las ramas primitivas (Aquifex, Thermotoga y las Bacterias Verdes no del azufre) están formados por bacterias termófilas (e hipertermófilas)

Grupos patrón y organismos representativos

Termófilas:

Las bacterias termófilas más conocidas son Bacillus stearothermophilus (T máx 60ºC) que es un temófilo moderado (Gram positivo próximo a Bacillus subtilis), Thermus aquaticus (T máx 70ºC) y Thermus termophilus (T máx80ºC).

Las bacterias del género Thermus pertenecen al mismo grupo que la bacteria radioresistente Deinococcus radiodurans (son bacterias Gram negativas muy alejadas de E. Coli).

Todas estas bacterias termófilas son aerobias y heterótrofas.

Hipertermófilas:

Las bacterias hipertermófilas pertenecen a los géneros Thermotoga y Aquifex. Las más conocidas son Thermotoga maritima (T máx 90ºC) y Aquifex pyrophilus (T máx 95ºC).

Estas hipertermófilas ramifican al principio del árbol de 16s ARN, son bacterias anaerobias y heterótrofas (Thermotoga) o microaerófilas y quimiolitoautótrofas (Aquifex).