Environmental biotechnology

La Biotecnología ambiental trata de corregir los desequilibrios causados en el medio ambiente por actividades industriales que alteran los ecosistemas naturales mediante contaminación química o biológica y que también afectan a los grandes ciclos biogeoquímicos en la biosfera, mayoritariamente catalizados por seres vivos, entre los que los microrganismos juegan un papel esencial. Las desviaciones en los balances de compuestos carbonados, nitrogenados y azufrados atmosféricos pueden causar fenómenos de gran complejidad como el calentamiento global, la destrucción de la capa de ozono, la contaminación ambiental o la lluvia ácida. Por otra parte, las interacciones de los microorganismos entre sí y con el medio, desconocidas en su mayor parte, tiene importantes repercusiones en la generación y persistencia de especies químicas que, depositadas en las cadenas tróficas, son altamente tóxicas para los organismos vivos. Para atajar estos problemas es necesario avanzar en el conocimiento a nivel molecular de la ecología microbiana y del funcionamiento de los ciclos biogeoquímicos, aunque no es menos necesario desarrollar tecnologías para la eliminación de contaminantes industriales in situ y ex situ, evitar su producción y utilización incontroladas así como corregir las actuaciones desequilibrantes, actuales o futuras, de la biogeoquímica planetariaThe aim of environmental biotecnology is to correct environmental imbalances caused by modern industrial activities. Many of these imbalances affect biogeochemical cycles in the biosphere, mainly catalysed by microorganisms. Deviations in the balances of carbon, nitrogen, sulphur and iron compounds may cause very complex phenomena such as global warming, destruction of the ozone layer, environmental pollution and acidification of the sea. On the other hand, the poorly understood microbial interactions --either with each other or the environment-- have important consequences in generating highly recalcitrant chemical species which, accumulating in the trophic chains, are highly toxic for living organisms. To cope with these problems it is necessary to improve knowledge of microbial ecology and the functioning of the biogeochemical cycles at the molecular level, although it is also worth designing technologies to eliminate pollutants either in situ or ex situ, to avoid its uncontrolled production as well as to correct the unbalancing processes affecting phases of the biogeochemical cycles, either in the present day or in the future.peerReviewe

Sobre el origen de la vida

La biogénesis es, quizás, el tema más complejo de la Biología y, sin duda, una de las cuestiones pendientes de la ciencia. Este libro aborda el asunto desde los cuatro enfoques epistemológicos posibles: ascendente, descendente, sintético y analítico. El libro se divide en 11 capítulos con gran profusión de dibujos, tablas y cuadros explicativos. En la introducción se comenta la naturaleza física y química de la vida y los límites del conocimiento. En los nueve siguientes se hace uso, por razones didácticas, de las aitia del empirismo lógico. En el capítulo 2 (qué) se plantea el núcleo duro de la biogénesis, compatibilizándolo con el principio de continuidad y analizando las dificultades conceptuales suscitadas a lo largo de la historia. En los capítulos 3 y 4 (dónde y cuándo) se estudian los aspectos cosmológicos, astrofísicos y geológicos. Se habla de habitabilidad, exobiología, planetología y paleobiología. El capítulo 5 trata del cómo. Se exponen los principios científicos para la compresión de la biogénesis: información, cinética química, termodinámica, autoensamblaje, evolución y análisis filogénico. Los capítulos 6-9 abordan aspectos prácticos del cómo, tanto los modelos ascendentes (simulación prebiótica de micro y macromoléculas y sistemas biopoyéticos) como los descendentes (“mundos”, bioquímica comparada y biología sintética). El capítulo 10 trata brevemente el aitia más compleja de todas, el porqué. En él se vierten reflexiones filosóficas y opiniones personales. En el último capítulo, pese a la enorme dificultad del tema y al exiguo número de investigadores que le han dedicado sus esfuerzos, se recogen algunas conclusiones.The origin of life on Earth is probably the most complex problem in Biology and one of the main pending problems to be solved in science. This book poses the problem from the four epistemological approaches: bottom-up, top-down, synthetic and analytics. The book is divided into 11 chapters including many explanatory drawings and tables. The introduction addresses the physicochemical nature of living beings and the limits of knowledge. In the following 9 chapters the authors, for didactic reasons, make use of the different aitia of logical empiricism. In Chapter 2 (What) the hard core of the biogenesis is exposed in the context of the continuity principle analyzing some conceptual problems faced along the history. In Chapters 3 and 4 (Where and When) the cosmological, geological and astrophysical aspects of the biogenesis are treated. Habitability, exobiology and paleontology are also treated in these chapters. Chapters 5 treat the question, How? In this chapter the scientific principles to understand the biogenesis are exposed: Information, chemical kinetics, thermodynamics, auto-assembly, evolution and phylogenetic analysis. In chapters 6-9 the practical aspect of the same question (how) are addressed, using either “bottom-up” (prebiotic simulation of micro- and macromolecules and biopoyetic systems) and “top-down” (different “worlds”, comparative biochemistry and synthetic biology) models. In Chapter 10 the most difficult aitia of the biogenesis is treated: Why? Here some philosophical and personal opinion of the authors are exposed. In the last chapter some provisional conclusions are extracted from the relatively scarce bibliography, if compared to complexity of the problem

A Cyanide-Induced 3-Cyanoalanine Nitrilase in the Cyanide-Assimilating Bacterium Pseudomonas pseudoalcaligenes Strain CECT 5344

Pseudomonas pseudoalcaligenes CECT 5344 es una bacteria capaz de asimilar el cianuro como única fuente de nitrógeno. Bajo esta condición de crecimiento, se indujo una actividad enzimática 3-cianoalanina nitrilasa. Esta actividad fue codificada por nit4, uno de los cuatro genes de nitrilasa detectados en el genoma de esta bacteria, y su expresión en Escherichia coli permitió a la cepa recombinante asimilar completamente la 3-cianoalanina. P. pseudoalcaligenes CECT 5344 mostró un nivel de crecimiento débil con 3-cianoalanina como fuente de N, a menos que también se agregara KCN. Además, un mutante knock-out de nit4 de P. pseudoalcaligenes CECT 5344 se deterioró gravemente en su capacidad para crecer con 3-cianoalanina y cianuro como fuentes de nitrógeno. La enzima nativa expresada en E. coli se purificó hasta homogeneidad electroforética y se caracterizó bioquímicamente. Nit4 parece ser específico para la 3-cianoalanina, y la cantidad de amonio derivada de la actividad enzimática se duplicó en presencia de actividad asparaginasa agregada exógenamente, lo que demostró que la enzima Nit4 tenía actividades tanto 3-cianoalanina nitrilasa como hidratasa. El gen nit4 está ubicado aguas abajo de la unidad transcripcional de resistencia al cianuro que contiene los genes cio1, cuyos niveles de expresión están bajo el control positivo del cianuro. Los experimentos de PCR en tiempo real revelaron que la expresión de nit4 también estaba regulada positivamente por el cianuro tanto en medios mínimos como en medios LB. Estos resultados sugieren que este grupo de genes, incluidos cio1 y nit4, podrían participar tanto en la resistencia al cianuro como en su asimilación por parte de P. pseudoalcaligenes CECT 5344.Pseudomonas pseudoalcaligenes CECT 5344 is a bacterium able to assimilate cyanide as a sole nitrogen source. Under this growth condition, a 3-cyanoalanine nitrilase enzymatic activity was induced. This activity was encoded by nit4, one of the four nitrilase genes detected in the genome of this bacterium, and its expression in Escherichia coli enabled the recombinant strain to fully assimilate 3-cyanoalanine. P. pseudoalcaligenes CECT 5344 showed a weak growth level with 3-cyanoalanine as the N source, unless KCN was also added. Moreover, a nit4 knockout mutant of P. pseudoalcaligenes CECT 5344 became severely impaired in its ability to grow with 3-cyanoalanine and cyanide as nitrogen sources. The native enzyme expressed in E. coli was purified up to electrophoretic homogeneity and biochemically characterized. Nit4 seems to be specific for 3-cyanoalanine, and the amount of ammonium derived from the enzymatic activity doubled in the presence of exogenously added asparaginase activity, which demonstrated that the Nit4 enzyme had both 3-cyanoalanine nitrilase and hydratase activities. The nit4 gene is located downstream of the cyanide resistance transcriptional unit containing cio1 genes, whose expression levels are under the positive control of cyanide. Real-time PCR experiments revealed that nit4 expression was also positively regulated by cyanide in both minimal and LB media. These results suggest that this gene cluster including cio1 and nit4 could be involved both in cyanide resistance and in its assimilation by P. pseudoalcaligenes CECT 5344.Trabajo financiado por: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Beca BIO2011-30026-C02-01 Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Beca BIO2008-04542-C02-02 Ministerio de Economía y Competitividad. Beca AGL2016-74882-C3-2-R Junta de Extremadura. Becas PRI07A097, GR10165 y GR15083 Universidad de Extremadura y Fondos FEDER. Ayudas Becas FPI: BES-2006-11941 y BES-2009-027073peerReviewe