Estudio de elementos esenciales y tóxicos en microalgas : uso de Chlorella sorokiniana en la preparación de alimentos funcionales

Las microalgas han despertado un enorme interés al tratarse de microorganismos que combinan de forma equilibrada una eficiente fotosíntesis oxigénica, con requerimientos nutricionales sencillos y grandes capacidades biotecnológicas unidas a su estructura celular sencilla, alta tasa de crecimiento, que les permite duplicar varias veces el número de células en un corto espacio de tiempo, así como la capacidad para producir y acumular metabolitos de interés. Se trata de microorganismos muy fácilmente manejables bajo condiciones de laboratorio, que pueden ser utilizadas como modelo vegetal para la investigación de las distintas rutas metabólicas. Esta combinación de célula vegetal y microorganismo de rápido crecimiento ha determinado su selección para el desarrollo de esta Tesis Doctoral. En los últimos años, existe un especial interés por los alimentos que no sólo tengan valor nutritivo sino que además aporten un efecto beneficioso para la salud. En este sentido surge la producción de alimentos funcionales que con nuevas aproximaciones tecnológicas está logrando productos de alto valor añadido, muy bien caracterizados y en los que los aspectos toxicológicos, nutricionales y metabólicos están perfectamente establecidos y controlados. Recientemente se ha destacado las posibilidades que presentan las algas como fuente de sustancias funcionales y como base para la producción de suplementos alimentarios y en particular de compuestos de selenio, elemento con demostradas propiedades terapéuticas en la prevención del cáncer, enfermedades cardiovasculares, del sistema inmune y problemas neurológicos. Las nuevas tecnologías analíticas, en particular el empleo de procedimientos de especiación basados en acoplamientos HPLC-ICP-MS y las técnicas de extracción de especies químicas rápidas y eficaces junto a procedimientos de confirmación de sustancias basados en HPLC-MS-MS o técnicas de masas en tandem (QqQ y Q-TOF), están abriendo nuevas posibilidades en el estudio y caracterización de estos productos. Asimismo, el desarrollo de técnicas metalómicas que utilizan cromatografía multidimensional (SEC-HPLC) y detección ICP-MS, con identificación de metalobiomoléculas por ESI-QqQ-TOF-MS, constituyen herramientas muy poderosas e innovadoras que pueden impulsar los desarrollos biotecnológicos. El presente estudio se centra en la microalga Chlorella destinada al consumo humano y animal, para hacer el seguimiento de los procesos de bioacumulación de yodo y selenio, las formas y especies químicas que se producen, así como el metabolismo que lo acompaña. De esta forma se controla de manera muy eficiente, la producción de especies bioactivas, la aparición de sustancias tóxicas indeseables y el rendimiento global del proceso hasta alcanzar las condiciones óptimas de producción. En paralelo al estudio analítico se desarrolló y optimizó el proceso biotecnológico a nivel de laboratorio, determinándose los límites de tolerancia de estos a elementos esenciales por la microalga objeto de estudio, el perfil de distribución del elemento en las macromoléculas celulares, junto al desarrollo de estrategias biotecnológicas adecuadas para estimulación de la acumulación de éstos. Debido a la facilidad de incorporación de selenio y su alto contenido de selenometionina, convierte a esta microalga en una prometedora candidata para la producción de un alimento funcional rico en dicho elemento. En base a los resultados obtenidos, para conocer la biodisponibilidad del elemento, se empleó un método de bioaccesibilidad in vitro de microalgas enriquecidas en selenio mediante métodos que simulan la digestión gastrointestinal. Asimismo, se han llevado a cabo experiencias de exposición in vivo del ratón Mus musculus a microalgas enriquecidas en selenio. Para ello se ha aplicado un procedimiento metalómico a los extractos citosólicos de diferentes órganos y suero de Mus musculus, con objeto de identificar posibles cambios de expresión de metabiomoléculas asociadas a una dieta rica en Se. Por otro lado, al tratarse de un organismo unicelular, la Chlorella posee un metabolismo más sencillo que permite realizar de forma simplificada ensayos de exposición a elementos tóxicos, extrapolables, posteriormente a organismos más complejos. Lo que convierte a esta microalga en un bioindicador muy adecuado para estudios de toxicidad, contaminación ambiental, así como efectos antagonistas e interacciones entre contaminantes y sustancias protectoras. En este sentido, se ha desarrollado en la presente Tesis un estudio de exposición a mercurio inorgánico, con objeto de determinar las especies y metabolitos metálicos que se originan y las interacciones entre ellos. Comprobándose que el selenio podría contrarrestar la toxicidad del mercurio, como se ha demostrado en las experiencias de alga a metilmercurio y selenometionina, prestando especial atención al posible efecto de la quiralidad de la selenometionina en la reducción del efecto tóxico del mercurio orgánico.  Microalgae have a great interest because their combine photosynthetic activity with nutritional requirements and biotechnological potentiality, which together to a simple cellular structure and high growth rate allow multiply several times the number of cells in a short period of time, accumulating valuable metabolites. They are easy manipulated microorganisms in the laboratoiy and can be used as vegetal models for metabolic pathways research. This combination of vegetal cell with fast growing microorganism has promoted their use the choice of them for the different aims of this PhD Thesis. In recent years, there is a special interest in foods that are not only nutritious but also provide a beneficial health effect. In this way has emerged functional food production based on recent technologic approximations with high added value, well characterized with defined toxicological, nutritional and metabolic profiles. Recently, it has been highlighted the potential of algae as functional substances source and particularly selenium compounds, element with high therapeutic properties in cancer prevention, cardiovascular diseases, immune systems, and neurological impairments. New analytical technologies, particularly speciation approaches based on HPLC-ICP-MS couplings and fast extraction techniques for chemical species together to confirmatory approaches for chemical substances based on HPLC-MS-MS or tandem mass spectroscopic techniques (QqQ y QqTOF), are open new alternatives for unknown compounds characterization. In addition, the development of metallomic techniques based on multidimensional chromatographic (SEC/HPLC) and ICP-MS detection allows the identification of metallobiomolecules combined with ESI-Qq-TOF-MS, which are very powerful and innovative tools for biotechnological developments. Present study considers the possible use of microalgae Chlorella sorokiniana for human and animal consumption, considering the possible bioaccumulation of iodine and selenium and the chemical forms of these element produced by the algae, as well as the associated metabolism to control the production of bioactive species and formation of undesirable toxic substances as well as the global process yielding to get optimum conditions of production. Parallel to analytical study was optimized the biotechnological process at laboratory scale, to establish tolerance limits of these essential elements for the algae, the distribution profile of the element among cell macromolecules, together to improvement of biotechnological strategies for element accumulation enhancement. Due to the easy incorporation of selenium by the microalgae and high content of selenomethionine this algae is a promising candidate to produce a functional food enriched in this element. In order to results to establish selenium bioavailability, an in vitro approach was used to access microalgae selenium bioaccessibility using algae enriched in this element by simulation of gastrointestinal digestion. Further, in vivo exposure experiences to enriched microalgae were performed on mice Mus musculus. For this purpose it has been applied a metallomic approach to cytosolic extracts from organs and serum of Mus musculus, in order to identify expression changes of metallobiomelecules associated to a diet rich in selenium. On the other hand, because it is a unicellular organism, Chlorella has a simple metabolism that allows simple exposure assays to toxic elements, which can be extrapolated to more complex organisms. This fact converts the microalgae in a veiy suitable bioindicator in toxicity studies, environmental pollution, and antagonist effects and interactions between contaminants and protective substances. The final conclusion is that selenium can protect against mercury toxicity on the basis algae exposure experiments to methylmercury and selenomethionine, with special attention in the effect of selenomethionine chirality on the reduction of organic mercury toxicity

In vitro selenium bioaccessibility combined with in vivo bioavailability and bioactivity in Se-enriched microalga (Chlorella sorokiniana) to be used as functional food

Speciation of seleno-metabolites and selenoproteins in Se-enriched Chlorella sorokiniana microalgae, in vitro and in vivo extracts has been performed by HPLC-ICP-MS. Selenium bioaccesibility in Se-enriched Chlorela sorokiniana evaluated by in vitro gastrointestinal digestion of the selenized microalga was 81% (79% as SeMet). Mice supplemeted with Se-enriched C. sorokiniana presented increased Se concentration in kidney, reflecting a potencial mechanism of excretion by urine. In addition, selenium bioavailavility, which was in the range of 3–15% depending on the diet was 1.13-fold higher in mice fed with Se-enriched microalgae against the basal diet, but decreased with higher amounts of selenium. Regarding bioactivity (∑Se as selenoproteins in serum/total Se in serum = 76–85% depending on the diet), selenium and selenoproteins (SeP) increased in serum from animals fed high supplemental Se levels. These results showed that Se-enriched algae can be considered as an alternative selenized food for humans, due to their high Se bioavailability.This work has been supported by the projects CTM2015-67902-C2-1-P and PG2018-096608-B-C21 from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and P12-FQM-0442 and P09-FQM-04659 from the Regional Ministry of Economy, Innovation, Science and Employment (Andalusian Government, Spain). Finally, authors are grateful to FEDER (European Community) for financial support, grants number UNHU13-1E-1611 and UNHU15-CE-3140

Socialización escolar : procesos, experiencias y trayectos

En los artículos que forman parte de este libro se despliega un conjunto de temas, problemas y debates que, en un primer momento, se hicieron presentes entre el equipo coordinador del libro y que luego fueron compartidos con los investigadores miembros del Grupo de Trabajo "Juventudes, Infancias: Políticas, Culturas e Instituciones Sociales" (GT) del Consejo Latinoamericano de Ciencias Sociales (CLACSO). En tal sentido, el propósito de la compilación consiste en aportar a la actualización de un área o campo que, desde sus inicios, fue y es pensado por las ciencias sociales: la escuela y los sistemas educativos. Sin embargo, en los últimos años, el campo de estudios sobre la escuela se ha diversificado y especializado, encontrando nuevos objetos de estudio y ampliando los ya existentes, al tiempo que los temas y problemas educativos se hablan y debaten por toda la sociedad

Hermenéutica, estética y (bio) política: reflexiones de problemáticas actuales

Artículos que abordan temas diversos como la necesidad de humanidad en la familia en tiempos de ciencia y tecnología; el trabajo digno; el ciclo menstrual femenino en relación con los derechos laborales; el problema de la identidad contemporánea o el enfoque de la responsabilidad social empresarial y su incidencia en la sociedad actual; son parte de esta compilación. A estos se añaden otros temas: un acercamiento al arte colombiano o la propuesta educativa de educar para la disponibilidad así como el compromiso del sujeto en la propuesta del cuidado. La sociedad actual necesita construir paradigmas desde el servicio y desde la responsabilidad. Ese, el hilo conductor de estos artículos

5to. Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad. Memoria académica

El V Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad, CITIS 2019, realizado del 6 al 8 de febrero de 2019 y organizado por la Universidad Politécnica Salesiana, ofreció a la comunidad académica nacional e internacional una plataforma de comunicación unificada, dirigida a cubrir los problemas teóricos y prácticos de mayor impacto en la sociedad moderna desde la ingeniería. En esta edición, dedicada a los 25 años de vida de la UPS, los ejes temáticos estuvieron relacionados con la aplicación de la ciencia, el desarrollo tecnológico y la innovación en cinco pilares fundamentales de nuestra sociedad: la industria, la movilidad, la sostenibilidad ambiental, la información y las telecomunicaciones. El comité científico estuvo conformado formado por 48 investigadores procedentes de diez países: España, Reino Unido, Italia, Bélgica, México, Venezuela, Colombia, Brasil, Estados Unidos y Ecuador. Fueron recibidas un centenar de contribuciones, de las cuales 39 fueron aprobadas en forma de ponencias y 15 en formato poster. Estas contribuciones fueron presentadas de forma oral ante toda la comunidad académica que se dio cita en el Congreso, quienes desde el aula magna, el auditorio y la sala de usos múltiples de la Universidad Politécnica Salesiana, cumplieron respetuosamente la responsabilidad de representar a toda la sociedad en la revisión, aceptación y validación del conocimiento nuevo que fue presentado en cada exposición por los investigadores. Paralelo a las sesiones técnicas, el Congreso contó con espacios de presentación de posters científicos y cinco workshops en temáticas de vanguardia que cautivaron la atención de nuestros docentes y estudiantes. También en el marco del evento se impartieron un total de ocho conferencias magistrales en temas tan actuales como la gestión del conocimiento en la universidad-ecosistema, los retos y oportunidades de la industria 4.0, los avances de la investigación básica y aplicada en mecatrónica para el estudio de robots de nueva generación, la optimización en ingeniería con técnicas multi-objetivo, el desarrollo de las redes avanzadas en Latinoamérica y los mundos, la contaminación del aire debido al tránsito vehicular, el radón y los riesgos que representa este gas radiactivo para la salud humana, entre otros

Antagonistic interaction of selenomethionine enantiomers on methylmercury toxicity in the microalgae Chlorella sorokiniana

The protective effect of selenium against mercury toxicity is well known especially between selenomethionine and methylmercury and it has been studied in several living organisms, however information is lacking about the interaction of these species in Chlorella. Investigation into which chiral form of selenomethionine effectively acts against the toxic effects of methylmercury has not previously been carried out. In the present work, two control cultures and two cultures of C. sorokiniana were grown in standard medium with D,L-SeMet, L-SeMet or D-SeMet. After the experiment was started up MeHg+ was added periodically to the cultures containing D,L-SeMet, L-SeMet, D-SeMet and to one of the control batches. The results show that both SeMet enantiomers counteract the toxicity of MeHg+, by markedly increasing the total content of chlorophyll, carotenoids, as well as the dry weight and light dependent oxygen production, compared to the culture which is non pre-treated with SeMet and is only exposed to MeHg+. The levels of MeHg+ measured in cells are lower in the cultures pre-treated with SeMet indicating that the passage of MeHg+ into the cells is negligible when carried out in the presence of SeMet, or that SeMet enhances the release of MeHg+. On the other hand, L-SeMet is directly involved in the detoxification of MeHg+, but the involvement of D-SeMet occurs only indirectly since it has been neither identified in the medium nor in C. sorokiniana after supplementation with this enantiomer. It may be that D-SeMet is transformed into SeMeSec and L-SeMet. Moreover, SeMeSec is almost totally released from the cells after 72 hours. No mercury–selenium complex was detected but, since the summation of the different species identified accounted only for 77% of the total selenium and mercury measured directly after sample digestion, it is possible that they are present in the form of an undetected Se–Hg complex. This hypothesis is supported by the decrease of inorganic selenium during the experiment. The present paper reports new data about the relationship between the mechanism of detoxification of methylmercury and selenomethionine enantiomers through the study of the metabolic intermediates by means of speciation analysis.The work was supported by "Ministerio de Educacion y Ciencia (MEC)'' [CTM2006-08960-C02-01] and "Consejeria de Innovacion Ciencia y Empresa (Junta de Andaluci a)'' [projects P08-FQM-03554 and P09-FQM-4659]. F. Moreno is grateful to the "Ministerio de Educacion y Ciencia (MEC)'' for a PhD grant [CTM2006-08960-C02-01/TECNO]

Biological responses related to agonistic, antagonistic and synergistic interactions of chemical species

The fact that the essential or toxic character of elements is species specific has encouraged the development of analytical strategies for chemical speciation over the last twenty years; indeed, there are now a great number of them that provide very good performance. However, biological systems are exposed to a complex environment in which species of elements can interact in a synergistic/antagonistic fashion. Thus, the metabolism of trace elements cannot be considered in isolation. On the other hand, biological systems are dynamic, so it is necessary to study the trafficking of species of elements between organs, tissues or cell compartments in order to decipher the biochemical processes of the interactions in which they are involved. Although the application of liquid chromatography–inductively coupled plasma-based “metallomics” methods in combination with organic mass spectrometry can provide much-needed insight, new analytical strategies are required to really understand the role of species of elements in biological systems and the mechanisms of their interactions. In the present paper, the interactions of the most widely studied elements in this context (Se, Hg and As) are discussed, as well as other important interactions between different elements.This work was supported by the project CTM2009-12858-C02-01 from the Spanish Ministry of Science and Education, and the projects P08-FQM-03554 and P09-FQM-4659 from the Innovation, Science and Enterprise Agency (Andalusian Government). M. Gonzalez-Fernandez thanks the Spanish Ministry of Education/Ministry of Science and Innovation (Campus of Excellence-CiA3 Program) for a postdoctoral grant. M. A. Garcia Sevillano thanks the Ministry of Education for a Ph.D. scholarship (FPU). V. Gomez-Jacinto thanks the Ministry of Innovation and Science for a Ph.D. grant