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Aguilar G.M., Buitron G., Shimada M. A., & Mora I. O. (2016). Estado actual de los sistemas bioelectroquimicos: factibilidad de su uso para aumentar la producción ruminal de propionato. Agrociencia, vol. 50, núm. 2, 179-166.

Amaya Y. A. & Arias E.Z (2012). Planteamiento de un modelo estequiométrico basado en restricciones bioquímicas de la ruta metabólica para la producción de n-butanol a partir de glucosa utilizando Clostridium acetobutylicum ATCC 824. Tesis pregrado. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga. Recuperado de http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/6890/2/145101.pdf

Arifin Y., Tanudjaja E., Dimyati A. & Pinontoan R. (2014). A second generation biofuel from cellulosic agricultural by-product fermentation using Clostridium species for electricity generation. Energy procedia 47:, 310-315.

Call D.F & Logan B.E. (2011). A method for high throughput bioelectrochemical research based on small scale microbial electrolysis cells. Biosensors and bioelectronics 11:, 4526-41.

Choi O., Kim T., Woo H.M. & Um Y. (2014). Electricity-driven metabolic shift through direct electron uptake by electroactive heterotroph Clostridium pasteurianum. Scientific Reports 4: 6961, 1-10.

Díez A. R. (2013). Producción de biobutanol mediante fermentación ABE (Acetona-Butanol-Etanol) a partir de suero lácteo. Tesis postgrado. Universidad de Valladolid. Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/262067749

Gallardo R., Acevedo A., Quintero J., Paredes I., Conejeros R., & Aroca G. (2016). In silico analysis of Clostridium acetobutylicum ATCC 824 metabolic response to an external electron supply. Bioprocess and Biosystems Engineering Vol 39, 295–305.

Gapes J.R. (2000). The economics of acetone-butanol fermentation: Theoretical and market considerations. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 21:1, 27-32.

Garzón J.C. & Barragan H.B. (2008). Inmovilización microbiana: Técnicas y usos en el tratamiento de residuos tóxicos. Rev. Sistemas Ambientales. Vol N° 1, 23-34.

Harnisch F. & Rabaey K. (2012). The diversity of techniques to study electrochemically active biofilms highlights the need for standardization. Chemsuschem N° 5, 1027-1038.

Hu H., Fan Y. & Liu H. (2008). Hydrogen production using single-chamber membrane-free microbial electrolysis cells. Water research , 1-7.

Jangir Y., French S., Momper L.M., Moser D. P., Amend J.P. & El-Naggar M.Y. (2016). Isolation and characterization of electrochemically active subsurface Delfia and Azonexus species. Front Microbiol. 7:756.

Jaramillo O. J. & Cardona C.A. (2011). Analysis of the production of biobutanol in the acetobutilyc fermentation with Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4 ATCC13564. Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia N.° 58, 36-45.

Resumen

Marco teórico

Alcance

Objetivos

Palabras Clave: Electrosíntesis, electrotrófos, fermentación electro- energizante (EEF), electrodos, biopelículas.

General

Específicos

Fermentación ABE

Clostridium beijerinckii

Estudiar la cinética de crecimiento de Clostridium beijerinckii bajo condiciones limitantes de sustrato mediante celdas de electrosíntesis microbiana.

Fermentación a nivel industrial

- 96 y 50000 galones (Rajchenber et al, 2012)

- Sustrato: Melaza, residuos agricolas

Producción de Biocombustibles

Clostridium sp

Crisis

  • Energética
  • Petroquímica

Electrotróficos

Estudiar el efecto del potencial eléctrico en el metabolismo de Clostridium beijerinckii en celdas de electrosíntesis microbiana.

Analizar el efecto de un potencial eléctrico sobre el consumo de sustrato y generación de productos de fermentación en Clostridium beijerinckii.

Optimización de fermentación ABE

Electrosíntesis microbiana

Redirección de rutas

Weizmann Organism

Evaluar el efecto de la aplicación de un potencial eléctrico en la formación de biopelículas de Clostridium beijerinckii.

Efecto sobre el crecimiento

6,6 g/L - Acetona

10,1 g/L- Butanol

1,7 g/L - Etanol

70000 Ton/s

Formación de biopelículas

Cordita

Generación de metabolitos

Estudio del impacto de la incorporación de un flujo de electrones:

-Crecimiento celular

-Consumo del sustrato

Electrosíntesis microbiana

Electro-fermentación (EF)

Transferencia de electrones:

  • Directa (ETT)
  • Indirecta (ETM)

Electrodos:

  • Cátodo
  • Ánodo

Avance

- Disminución de costos

- Aumento de productividad

Utilización de nutrientes

Celdas electrosíntesis

Formación biopelículas en cátodos por Geobacter sp

Rojo neutro como mediador - P. metano - A. succinogenes

BiopelÍculas catódicas vs anódicas: H2 - CH4

Electrometanogenesis

Restricción en procesos fermentativos

Mayor rendimiento de butanol - C. acetobutylicum

Cronograma

Fermentación té

Estudiar el potencial eléctrico en celdas de electrosíntesis microbiana

1940 1979 1986 1988 1999 2002 2004 2008 2010 2014 2016

Alteraciones en ciclo celular S. cerevisiae

Revisión, resumen de esfuerzos.

Anticuerpos monoclonales cAMP

Glucosa - Ácido glutámico

Electro-fermentación (EF) se usa por 1ra vez

Glucosa - desplazamiento de Acetato a Propionato

Biopelícula de Ovata sporomus - P. acetato y butirato

Aumento del crecimiento celular y rendimiento etanol por S. cerevisiae

Genoma de E. coli como modelo metabolico

Resultados e impacto esperados

Metodología

Estudio del efecto del potencial eléctrico en el metabolismo de Clostridium beijerinckii en celdas de electrosíntesis microbiana.

Determinar la capacidad de Clostridium beijerinckii de mejorar sus procesos metabólicos mediante la electrosíntesis.

Diseño Experimental

Estudio de procesos bioelectroquímicos

Configuración y operación en celdas de electrosíntesis

Microorganismo y medio

Problema y justificación

3 bloques

3 replicas centrales

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

(Arifin et al, 2014)

Niveles

Diseño factorial

Factores

Voltaje 0 - 0.5 - 1 Volt

[sustrato] 0 - 5 - 10 g/L glucosa

Cepa: Clostridium beijerinckii DSMZ 6423

Medio: Base CBA, vitaminas y metales traza

Cultivos: Placa - anaerocoult

Sustrato: Glucosa

Condiciones: Anaerobiosis (N2), 37°C, pH 6.8

Volumen de trabajo: 100ml

Inoculo: 1%

(Logan, 2011)

Celdas de electrosíntesis

Electrodos:

Ánodo - Grafito

Cátodo - Malla de acero inoxidable.

Materiales conductores:

Alambre de plata

Crecimiento del microorganismo

Espectrofometría UV - visible, 490nm

Microscopía confocal: sondas PI y SYTO 9

Consumo de sustrato

Método DNS, °brix - g/L

Potencial redox - pH

Potenciómetro

Conductividad

Multímetro o Multiparámetro

Grado de reducción NAD+

Espectrofotometría - 340nm.

características

Distancia

Área superficial

Disposición de los electrodos

Bajo rendimiento desde el punto de vista estequiométrico

- Poco rentable

- Improductivo

Rutas metabólicas

Presupuesto

Impacto:

- Obtención base científico-tecnológica

- Apoyo en el restablecimiento y fortalecimiento de procesos fermentativos.

- Optimización de procesos a largo plazo (Fermentación ABE)

(Kim, 1998)

Fermentación ABE (Unión sovietica, 1967)

Bibliografía

Requerimiento de suplementos específicos y sustratos puros

LIMITANTES

Desviación: generación de metabolitos no deseados

Redirección de las vías biosintéticas: ingeniería genética y metabólica

-Bloqueo en las rutas competitivas

-Aumento en la producción del metabolito de interés

-Incremento en la productividad

Crecimiento lento: descenso drástico del pH - potencial redox

Inhibición: baja tolerancia a los productos generados

Solución

FERMENTACIÓN ABE

Modificación metabólica indirecta: electrosíntesis microbiana (MES).

Desconocimiento del potencial electrico de Clostridium beijerinckii

Demanda:

Estudio

-Interacción material - bacteria

-Acoplamiento microbiano

-Comportamiento microbiano (EET), (ETM)

-Uso de e- en interacciones sintrópicas

- Biocombustibles

- Productos químicos (plastico, fibras y/o medicamentos)

- Otros metabolitos

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