Aplicación de la bioquímica para el aprovechamiento de la biodiversidad nacional

Introducción

Hongo ostra (Pleurotus ostreatus)

Rana espléndida (Cruzohyla calcarifer)

TEMA

Gerronema viridilucens

Pestalotiopsis microspora

Rana punteada (Hypsiboas punctatus)

• Hongo basidiomiceto bioluminscente.
• Se distribuye ampliamente por toda Sudamérica.
• Podrían ser objeto de estudio para el desarrollo de nuevos tipos de luminiscencia para biomarcadores y biorremediación.

• Hongo basidiomiceto.
• Se distribuye ampliamente en todos los bosques tropicales húmedos, principalmente en América del Sur.
• Descompone principalmente compuestos lignocelulósicos (los que se encuentran en los troncos de los árboles).
• Utilizado en la industria alimenticia.

• Orden: Anura | Familia: Hylidae
• Habita en el dosel arbóreo de bosques tropicales primarios de tierras bajas.
• Bosque Piemontano Oriental y el Bosque Húmedo Tropical del Chocó. Esmeraldas.

• Orden: Anura | Familia: Hylidae
• Rana arborícola ampliamente distribuida en Sudamérica.
• Bosque Piemontano Oriental y el Bosque Húmedo Tropical Amazónico.
• Primera especie de rana fluorescente.

Aplicaciones de la bioquímica para el aprovechamiento de la biodiversidad nacional.

Ron, 2018

• Hongo endófito.
• Desempeñan un papel clave en la descomposición de las plantas.
• Descomposición de polímeros de lignocelulosa.
• Principales contribuyentes al ciclo del carbono.
• Habitan comúnmente en bosques tropicales como la selva amazónica ecuatoriana.

• Ecuador es país mega diverso.
• El estado del arte de la biotecnología es pobre.
• El desarrollo tecnológico del país influye en la calidad de proyectos investigativos.
• Existen centros de investigación biotenológica: CIBE, INIAP.
• Las especies endémicas y nativas han sido poco estudiadas.
• Especies con potencial biotencológico: biomedicina, biorremediación, biosensores, etc.

Interés biotecnológico

• Degrada lignocelulosa (celulosa, hemicelulosa y lignina).
• Potencial biorremediador para el tratamiento o reciclaje de desechos hechos a base de papel, algodón o madera.
• No reciben un tratamiento.
• Se podría obtener “biopulpa” necesaria para la fabricación de papel.
• Ej. Las colillas de cigarrillo compuestas por acetato de celulosa.
• [Alimentación de algunos animales que no posean enzimas capaces de hidrolizar la celulosa].

• Su bioluminscencia podría ser utilizada para ensayos toxicológicos por cationes metálicos.
• Evaluar la calidad de sedimentos o de suelos.
• Identificar suelos contaminados mediante una prueba rápida.
• A cierto nivel de toxicidad de cationes metálicos, variaría la intensidad de bioluminiscencia.
• Se expusieron cepas a diferentes cationes metálicos tóxicos: Na+, K+, Li+, Ca2+, Co2+, Zn2+, Ni2+, Mn2+, Cd2+ y Cu2+

• Potencial biomédico para el tratamiento de enfermedades microbianas infecciosas.
• Identificaron nuevos péptidos biológicamente activos e inhibidores de proteinasa del tipo Kazal (inhibidores de serina proteasa) en las secreciones de la piel.
• Tóxicos que le sirven para su supervivencia.
• Excretadas por las glándulas granulares.
• Funciones antimicrobianas y anti fúngicas.

• Fluorescencia natural de color verde-azulada.
• Emite fluorescencia en el rango de 450-470 nm (azul) y también entre 505-515 nm (verde).
• Forma de comunicación, conseguir pareja o camuflaje.
• Prospección biotecnológica de potenciales sensores, etiquetado y marcaje fluorescente aplicables en bioanálisis, fotovoltáica y fotocatálisis.
• Visualización, detección y cuantificación de procesos biológicos mediante técnicas de fluorescencia

(López, 2007)

Pañales desechables

Colillas de cigarro

Bioquímica implicada

(Mendes & Stevani, 2010)

Bioquímica implicada

(Taboada, y otros, 2017)

Bioquímica implicada

(Taboada, y otros, 2017)

Bioquímica implicada

Interés biotecnológico

• Descomposición enzimática: vías metabólicas.
• Desc. de celulosa y hemicelulosa.
• Endoglucanasas: remueve los enlaces entre los monómeros de celulosa.
• Exoglucanasas: remueve los monómeros del final de la cadena de celulosa.
• B-glucosidasa: hidroliza los dímeros de glucosa.
• Descomposición de lignina.
• Oxidasas y peroxidasas: rompen la molécula de lignina mediante hidrólisis.
• Lignina Peroxidasa (LiP)
• Manganeso peroxidasa(MnP)
• Lacasa (LAC)

• La inhibición de bioluminiscencia sigue el orden: Cd2+ > Cu2+ > Mn2+ ≈ Ni2+≈ Co2+ > Zn2+> Mg2+> Li+> K+ ≈Na+ > Ca2+.
• Los iones de Cd2+, Cu2+ , Ni2+ y Mn2+ son afines a los grupos tiol de la luciferina, y la luciferasa no la reconocería como un sustrato.
• Cd2+ induce a las células a un estrés oxidativo porque remplaza al Zn2+ en el sitio activo de la superóxido dismutasa (antioxidante).
• La toxicidad del Zn2+ es atribuida a que inhibe la síntesis de ATP.

(Taboada, y otros, 2017)

• Fluorescencia determinada por tres fluoróforos.
• Hyloin-L1: sacos linfáticos
• Hyloin-L2: sacos linfáticos
• Hyloin-G1: secreciones glandulares
• Fluorescencia en el espectro de luz azul.
• Fluorescencia verde: disposición en forma de capas de sus estructuras subcutáneas.
• Atenúa la fluorescencia aumentando la longitud de onda.
• El cromóforo biliverdina también actúa como filtro óptico.

• Péptidos de la familia de las dermoseptinas.
• 15 nuevos péptidos: cruzioseptinas.
• 3 de ellos con amplia actividad antimicrobiana contra Staphylococcus aureus, Escherichia coli, y Candida albicans
• Complejos mecanismos de acción relacionados con la interacción con el patógeno a través de su membrana (inhibe receptores).
• Impiden la replicación del ADN y la síntesis de proteínas del patógeno.
• Inhibidores de proteinasas.
• Evita que el patógeno evada las defensas.
• Previene la degradación de péptidos bioactivos.
• Pueden detectar y dirigirse a los receptores celulares del patógeno

• Las enzimas del metabolismo del PUR como única fuente de carbono otros organismos, fueron identificadas como esterasas, lipasas, proteasas y ureasas.
• Rompimiento de los enlaces estéricos del PUR.
• Poliuretanasa: inhibidor de serina hidrolasa.
• Extracelular, secretada y difusible.
• Hidrólisis de los enlaces estéricos en la molécula.

• Parque Nacional Yasuní en 2011, descubrieran accidentalmente que P. microspora tiene la capacidad de digerir poliuretano (PUR).
• Constituye uno de los contaminantes plásticos más difíciles de erradicar.
• Capacidad de biorremediación, para la reducción de desechos plásticos.
• Estudios de las vías metabólicas de especies con potencial de biorremediación.
• Implementación de nuevas técnicas.

(Mendes & Stevani, 2010)

(Proaño-Bolaños, y otros, 2016)

(Russell, y otros, 2011)

(Taboada, y otros, 2017)

(Russell, y otros, 2011)

Ron, 2018

Bibliografía

CONCLUSIONES

• Existe una gran variedad de especies con potencial biotecnológico tanto en Ecuador como Sudamérica.
• Las líneas investigativas permanecen sin ser exploradas.
• Es necesario aprovechar la bioquímica de estos organismos para fines biotecnológicos.

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• Proaño-Bolaños, C., Zhou, M., Wang, L., Coloma, L., Chen, T., & Shaw, C. (2016). Peptidomic approach identifies cruzioseptins, a new family of potent antimicrobial peptides in the splendid leaf frog, Cruziohyla calcarifer. Journal of Proteomics, 146, 1-13. doi:doi:10.1016/j.jprot.2016.06.017
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• Ron, S., & Read, M. (2018). Boana punctata. Quito: Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Obtenido de https://bioweb.bio/faunaweb/amphibiaweb/FichaEspecie/Boana%20punctata
• Russell, J., Huang, J., Anand, P., Kucera, K., Sandoval, A., Dantzler, K., . . . Strobel, S. (2011). Biodegradation of Polyester Polyurethane by Endophytic Fungi. American Society for Microbiology, 77, 6076-6084. doi:10.1128/AEM.00521-11
• Taboada, C., Brunetti, A., Pedron, F., Carnevale, F., Estrin, D., Bari, S., . . . Faivovich, J. (2017). Naturally occurring fluorescence in frogs. Buenos Aires: Proceedings of the National Academy of Sciences. doi:http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1701053114