Revista Colombiana de Biotecnología

Bio-Tecnology and knowledge transfer

Evaluation of the viability and germination feasibility of Dendrobium nobile Lindl. seeds stored at room temperature without pre-drying

Resumen Dendrobium nobile Lindl. es una especie de orquídea epifita nativa de China de importancia ornamental y medicinal en el mundo, que se encuentra en peligro de extinción por efectos antropogénicos. El objetivo de este trabajo fue evaluar la viabilidad y factibilidad de la germinación in vitro de semillas de D. nobile almacenadas en sobres de papel durante 120 días a temperatura ambiente sin previo secado. Para ello, se cosecharon frutos previos a la dehiscencia, se extrajeron las semillas y se cultivaron in vitro bajo condiciones de asepsia. Posteriormente se analizó la viabilidad y la germinación cada 30 días de almacenamiento. Los resultados mostraron que las semillas de esta especie mantienen altos porcentajes de viabilidad (84,61 – 90,97 %) y germinación (78,83 – 83,91%) durante 90 días, pero a partir de los 120 días disminuye notablemente hasta un 33,61% de viabilidad y un 27,93% de germinación. En conclusión, si no se produce un secado previo al almacenamiento, las semillas de D. nobile empiezan a perder su viabilidad y su potencial de germinación a partir de los 120 días.

Abstract Dendrobium nobile Lindl. is a species of epiphytic orchid native to China with ornamental and medicinal importance in the world, which is in danger of extinction due to anthropogenic effects. The aim of this work was to evaluate the viability and feasibility of in vitro germination of D. nobile seeds stored in paper envelopes for 120 days at room temperature without prior drying. For this purpose, fruits were harvested prior to dehiscence, seeds were extracted and cultured in vitro under aseptic conditions. Subsequently, viability and germination were analysed every 30 days of storage. The results showed that the seeds of this species maintained high percentages of viability (84.61 - 90.97 %) and germination (78.83 - 83.91 %) for 90 days, but after 120 days the viability decreased significantly to 33.61 % and the germination in 27.93 %. In conclusion, without drying prior to storage, D. nobile seeds start to lose their viability and germination potential after 120 days.

Xylose fermentation of a Saccharomyces cerevisiae strain improved through evolutionary engineering

Resumen La ingeniería evolutiva busca el mejoramiento de microorganismos con aplicaciones industriales con el uso de técnicas que aceleran su adaptación a condiciones específicas. Saccharomyces cerevisiae tiene una capacidad biotecnológica superior; sin embargo, no es capaz de asimilar eficientemente pentosas provenientes de la biomasa lignocelulósica. En este trabajo, se aplicaron por separado tres metodologías de ingeniería evolutiva: Evolución Adaptativa en Laboratorio (EAL), mutagénesis y genome shuffling, en la cepa S. cerevisiae TMB3001. El consumo de xilosa de las cepas obtenidas fue muy superior al de la cepa parental TMB3001 (75% vs 5%) en condiciones aerobias y como única fuente de carbono. Cuando se evaluaron diferentes relaciones de xilosa y glucosa en condiciones anaerobias, se observó mayor crecimiento y consumo de los sustratos. El mayor rendimiento de biomasa se observó en la cepa A-300 (0,38 g/g) en una relación 75/25 de xilosa/glucosa. Todas las cepas mejoradas tuvieron un comportamiento fermentativo en glucosa que alcanzó rendimientos de etanol entre el 42 y 46%. En presencia de xilosa, los mayores rendimientos se alcanzaron en la relación 75/25 por las cepas A-300 y H-12 (38 y 40%, respectivamente). La combinación de técnicas de ingeniería evolutiva permitió la obtención de una levadura consumidora de xilosa con un fenotipo fermentativo muy prometedor para el aprovechamiento de la biomasa lignocelulósica.

Abstract Evolutionary engineering seeks the improvement of microorganisms with industrial applications, with the use of techniques that accelerate their adaptation to specific conditions. Saccharomyces cerevisiae has superior biotechnological capacity; however, it is not able to efficiently assimilate pentoses from lignocellulosic biomass. In this work, three evolutionary engineering methodologies were applied separately: adaptative laboratory evolution (ALE), mutagenesis, and genome shuffling, in the strain S. cerevisiae TMB3001. The xylose consumption of the improved strains was much higher than that of the parental strain TMB3001 (75% vs 5%) under aerobic conditions and xylose as only carbon source. When different ratios of xylose and glucose were evaluated under microaerophilic conditions, higher growth and consumption of substrates was observed. The highest biomass yield was observed in strain A-300 (0.38 g/g) with a ratio xylose/glucose of 75/25. All the improved strains had a fermentative behavior in glucose that reached ethanol yields between 42 and 46%. In presence of xylose, the highest yields were reached in 75/25 ratio by A-300 and H-12 strains (38 and 40%, respectively). The combination of techniques that increase genetic diversity and sequential adaptation in the laboratory allowed obtaining a xylose-consuming yeast with a very promising fermentative phenotype for the use of lignocellulosic biomass.

Evaluation of new yeast strain for use in wet fermentation of the Castillo variety arabica coffee

RESUMEN La cadena consumidora de café está evolucionando en cafés de alta calidad con mejores atributos en taza y menores tiempos de producción, por ello el objetivo de esta investigación fue evaluar los aportes sensoriales generados por la cepa L-CPA12-1 aislada de la fermentación del café caturra, del municipio de Palestina (Huila), durante la fermentación del café castillo producido en el municipio de Gigante (Huila). La cepa fue identificada como Candida krusei/inconspicua. Durante las 18 horas de fermentación la levadura Candida krusei/inconspicua aumento la cantidad poblacional, presentando aportes en los descriptores sensoriales de fra- gancia/aroma como dulce aromático, especiado, cítrico, herbal, chocolate, sabor dulce tenso pronunciado agradable, presentando 84 puntos de acuerdo con la metodología de la asociación de cafés especiales (SCA).

ABSTRACT The consumer chain of coffee is evolving in quality coffees with better cup attributes and lower production times; therefore, the goal of this study is to evaluate the sensorial contributions of the L-CPA12-1 yeast strain isolated from Castillo wet coffee fermenta- tion produced in Palestina municipality (Huila). This strain was identified as Candida krusei/inconspicua. During 18 hours of fermen- tation, the yeast Candida krusei/inconspicua population increased, contributing to the sensory descriptors of fragrance/aroma such as sweet aromatic, spices, citric, herbal, chocolate, tense sweet flavor, and pronounced pleasantness, presenting 84 points accord- ing to the methodology of the Specialty Coffee Association (SCA).

In vitro propagation of Salvia pamplonitana: a critically endangered and endemic species of Colombia

Abstract This study aimed to develop an in vitro regeneration protocol for the propagation and conservation of critically endangered species such as Salvia pamplonitana, an endemic plant of Colombia exclusive to the Pamplona Community. Despite its ornamental potential, S. pamplonitana faces critical endangerment due to habitat destruction caused by human activities such as deforestation, urbanization, and agricultural expansion in densely populated regions. This research addressed the absence of biotechnological studies on S. pamplonitana by developing a methodology to promote in vitro germination and micropropagation, alongside contamination control measures for seed capsules and nodal explants. Successful regeneration of S. pamplonitana was achieved in in vitro from adult plants using nodal segments and seeds collected from a single individual in the University of Pamplona's greenhouse. Surface disinfection treatments for seed capsules demonstrated the significant impact of both NaOCl concentration and exposure duration on seed contamination and germination rates. Furthermore, the evaluation of surface disinfection treatments on nodal segments effectively managed contamination and oxidation levels, highlighting the influence of exposure duration to fungicide, isodine®, and alcohol, with higher concentrations and longer exposure times resulting in increased oxidation and reduced contamination, while emphasizing the widespread use of sodium hypochlorite for surface sterilization. Optimal shoot proliferation was observed with nodal explants on Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with 2.0 mg/l−1 (8.8 µM) 6‑Benzylaminopurine and 0.05 mg/l−1 (0.14 µM) gibberellic acid (GA3), while rooting was successful on MS medium supplemented with 3.0 mg/l−1 (14.7 µM) indole butyric acid. The rooted plantlets were acclimatized to ex vitro conditions. Additionally, the study demonstrated enhanced germination through scarification treatment and absence of light, offering potential benefits for ex situ preservation, restoration, and reestablishment of S. pamplonitana populations in their natural habitat.

Resumen Este estudio tuvo como objetivo desarrollar un protocolo de regeneración in vitro para la propagación y conservación de especies en peligro crítico como Salvia pamplonitana, una planta endémica de Colombia exclusiva de la Comunidad de Pamplona. A pesar de su potencial ornamental, S. pamplonitana enfrenta un peligro crítico debido a la destrucción del hábitat causada por actividades humanas como la deforestación, urbanización y expansión agrícola en regiones densamente pobladas. Esta investigación abordó la falta de estudios biotecnológicos sobre S. pamplonitana al desarrollar una metodología para promover la germinación y micropropagación in vitro, junto con medidas de control de contaminación para cápsulas de semillas y explantes nodales. Se logró una regeneración exitosa de S. pamplonitana in vitro a partir de plantas adultas utilizando segmentos nodales y semillas recolectadas de un único individuo en el invernadero de la Universidad de Pamplona. Los tratamientos de desinfección de la superficie para cápsulas de semillas demostraron el impacto significativo tanto de la concentración de NaOCl como de la duración de la exposición en la contaminación de las semillas y las tasas de germinación. Además, la evaluación de los tratamientos de desinfección de la superficie en segmentos nodales manejó eficazmente los niveles de contaminación y oxidación, resaltando la influencia de la duración de la exposición al fungicida, isodine® y alcohol, con concentraciones más altas y tiempos de exposición más largos que resultaron en una mayor oxidación y una menor contaminación, enfatizando el uso generalizado de hipoclorito de sodio para la esterilización de superficies. La proliferación óptima de brotes se observó con explantes nodales en medio de Murashige y Skoog (MS) suplementado con 2.0 mg/l−1 (8.8 μM) de 6‑bencilaminopurina y 0.05 mg/l−1 (0.14 μM) de ácido giberélico (GA3), mientras que el enraizamiento fue exitoso en medio MS suplementado con 3.0 mg/l−1 (14.7 μM) de ácido indol butírico. Los explantes enraizados se aclimataron a condiciones ex vitro. Además, el estudio demostró una germinación mejorada mediante el tratamiento de escarificación y ausencia de luz, ofreciendo beneficios potenciales para la preservación, restauración y reestablecimiento de las poblaciones de S. pamplonitana en su hábitat natural.

Acute effects of phenanthrene and benzo[a]pyrene in Aequidens metae (Pisces: Cichlidae)

RESUMEN Los organismos acuáticos pueden estar expuestos a efluentes industriales que con frecuencia contienen hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Muchos de sus efectos pueden pasar desapercibidos, por lo que, la valoración de biomarcadores permite evaluar los riesgos que pueden generar daños a la salud asociados a su metabolismo. Se evaluaron distintos biomarcadores en Aequidens metae expuesto a HAPs. Se utilizaron adultos de 6,3 ± 1,2 cm y 5,5 ± 1,6 g. Los peces fueron expuestos vía intraperitoneal a 1, 10 y 50 μg/g de fenantreno (PHE), 0,1, 1; y 10 μg/g de benzo[a]Pireno (B[a]P) y 50 μg/g β-naftoflavona. Se realizaron muestreos a los 0, 3 y 10 días. Se tomaron muestras de hígado y sangre periférica para su procesamiento. Se evaluó la actividad 7- etoxiresorufina-O-deetilasa (EROD), histometría de hepatocitos y frecuencia de micronúcleos y otras anormalidades en sangre. En- contrando incremento en la actividad EROD al día 3 de exposición para B[a]P de 10 μg/g (11,82 ± 2,27 pmol/mg/min) y BNF (9,11 ± 3,04 pmol/mg/min) con relación al control negativo (p<0,05). También, se presentó respuesta tisular y genotóxica con PHE, B[a]P y BNF a las concentraciones medias y altas. Podemos concluir que, bajo las condiciones de este estudio, benzo[a]Pireno es un fuerte inductor que activa la vía de biotransformación de CYP1A en comparación a PHE, además que la actividad EROD, las anor- malidades nucleares y las características histométricas de los hepatocitos son dependientes del tiempo de exposición, la concentración del HAP y de las características del inductor en A. metae.

ABSTRACT Aquatic organisms may be exposed to industrial effluents that often contain polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Many of their ef- fects may go unnoticed, therefore, the assessment of biomarkers allows the evaluation of the risks that may generate health damage asso- ciated with their metabolism. Different biomarkers were evaluated in Aequidens metae exposed to PAHs. Adults of 6,3 ± 1,2 cm and 5,5 ± 1,6 g were used. Fish were exposed intraperitoneally to 1, 10 and 50 μg/g phenanthrene (PHE), 0,1, 1; and 10 μg/g benzo[a]Pyrene (B[a]P) and 50 μg/g β-naphthoflavone. Sampling was performed at 0, 3 and 10 days. Liver and peripheral blood samples were taken for processing. 7-ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity, hepatocyte histometry and frequency of micronuclei and other abnormalities in blood were evaluated. We found an increase in EROD activity at day 3 of exposure for B[a]P of 10 μg/g (11,82 ± 2,27 pmol/mg/min) and BNF (9,11 ± 3,04 pmol/mg/min) in relation to the negative control (p<0.05). Also, tissue and genotoxic response was presented with PHE, B[a]P and BNF at medium and high concentrations. We can conclude that, under the conditions of this study, B[a]P is a strong induc- er that activates the CYP1A biotransformation pathway compared to PHE, furthermore, EROD activity, nuclear abnormalities and histo- metric characteristics of hepatocytes dependent on exposure time, PAH concentration and the PAH characteristics in A. metae.

Removal capacity of nutrients in wastewater from pig farm by high mountain Colombian Cyanobacteria

RESUMEN El uso de microalgas se ha planteado como alternativas prometedoras para el tratamiento de aguas residuales a bajos costos, suma- do a la producción de oxígeno y reducción de la huella de carbono se pueden obtener productos de valor agregado en el proceso proveniente de las algas. Se pretende evaluar la remoción de nitratos, fosfatos y materia orgánica disuelta en agua residual sintética por primera vez con cianobacterias de alta montaña de Colombia. Se determinó la capacidad de remoción a nivel de laboratorio con aguas residuales sintéticas y a escala reactor con aguas residuales de porcinaza. Las cianobacterias colombianas dulceacuícolas que se utilizaron corresponden al orden de la Synechoccocales y fueron depositadas en la colección del laboratorio de cultivo de algas de la Universidad Nacional de Colombia bajo los códigos LAUN55, LAUN69 y LAUN71. Se comparó la capacidad de biorre- mediación de las cianobacterias con los tratamientos tradicionales de las microalgas Parachlorella kessleri y Desmodesmus sp., obte- niendo, a nivel laboratorio, rendimientos en remoción de materia orgánica de 85,4% por LAUN71 alcanzando una DBO final de 15,4 mgO2/L-1, mientras que en el tratamiento con Parachlorella kessleri se alcanzan porcentajes de remoción de 35,2% y una ma- yor demanda bioquímica de oxígeno (121,1 mgO2/L-1), así mismo reducciones entre 77% y 89% en ion nitrato y reducción entre 86% y 98% en iones fosfato para las cepas de cianobacterias. A escala reactor de 20 L con aguas residuales de porcinaza, Parach- lorella kessleri presentó remoción del 76%, 75%, 75% y 94% para los parámetros de nitratos, fosfatos, DQO y DBO respectiva- mente, rendimientos significativamente mayores a LAUN71.

ABSTRACT The use of microalgae has been raised as promising alternatives for the treatment of wastewater at low costs, added to the produc- tion of oxygen and reduction of the carbon footprint, value-added products can be obtained in the process from algae. It was evalu- ated the removal of nitrates, phosphates and dissolved organic matter in synthetic and pigsty wastewater for the first time with high mountain cyanobacteria from Colombia. The removal capacity was determined at the laboratory level with synthetic wastewater and at the reactor scale with wastewater from pig farm. The Colombian freshwater cyanobacteria that were used correspond to the order Synechoccocales and were deposited in the collection of the algae culture laboratory of the National University of Colombia under the codes LAUN55, LAUN69 and LAUN71. The bioremediation capacity of the cyanobacteria was compared with the tradi- tional treatments of the microalgae Parachlorella kessleri and Desmodesmus armatus, obtaining at the laboratory level organic mat- ter removal yields of 85.4% by LAUN71, reaching a final BOD of 15,4 mgO2/L-1, while in the treatment with Parachlorella kessleri removal percentages of 35.2% and a greater biochemical oxygen demand (121.1 mgO2/L-1) are reached. Reductions between 77% and 89% in ion nitrate and 86% and 98% in phosphate ions for the cyanobacterial strains was obtained. At a 20 L reactor scale with wastewater from pig farm, Parachlorella kessleri presented removal of 76%, 75%, 75% and 94% for the parameters of nitrates, phosphates, COD and BOD respectively, significantly higher yields than LAUN71.

Culture and applications of Porphyridium cruentum: main trends and projections

RESUMEN Porphyridium cruentum es una microalga que posee múltiples aplicaciones, a partir de la cual se obtienen valiosos bioproductos como la ficoeritrina, y polisacáridos sulfatados. Esta investigación es un estudio exploratorio-descriptivo que realiza una revisión sistemática con herramientas de metanálisis con el objetivo de analizar las tendencias de las investigaciones sobre P. cruentum, su cultivo y principales aplicaciones, con énfasis en el campo magnético (CM). Se conformó una base de datos con 851 artículos entre 1914 - septiembre 2022. En el análisis bibliométrico, se identificaron los principales temas en tendencia y algunos aspectos específicos. Se demostró que existe un marcado interés científico y comercial por P. cruentum, cuyos bioproductos tienen un amplio espectro de aplicaciones, en la industria alimentaria, médico-farmacéutica, energética y cosmética. Los temas relevantes están relacionados con el aumento del rendimiento de bioproductos a gran escala, sin embargo, existe una aplicación limitada del campo electromagnético para dichos fines. Se reporta para la especie que las condiciones de cultivo dependen de los propósitos para los que se utiliza la biomasa. Los cultivos más utilizados son los autotróficos, con iluminaciones de tipo lámparas LED en foto- biorreactores de columnas con burbujeos constantes. Los estudios relacionados con las aplicaciones de campos magnéticos a los cultivos de P. cruentum son limitados, sin embargo, existen reportes de la interferencia positiva de los CM sobre el crecimiento y productividad en algunas especies de microalgas, por lo que se sugiere utilizar el campo magnético estático en la estimulación del crecimiento de P. cruentum.

ABSTRACT Porphyridium cruentum is a microalga that has multiple applications, from which valuable bioproducts such as phycoerythrin and sulfated polysaccharides are obtained. This research is an exploratory-descriptive study that carries out a systematic review with meta-analysis tools to analyze the trends in research on P. cruentum, its cultivation, and its main applications, with emphasis on the applications of the magnetic field (MF). A database of 851 articles was formed between 1914 - September 2022. Bibliometric analysis was carried out, the main trending topics were identified, and specific aspects. It was shown that there is a marked scientific and commercial interest in Porphyridium cruentum, whose bioproducts have a wide spectrum of applications in the food, medical-pharmaceutical, energy, and cosmetic industries. The relevant topics are related to increasing the yield of bioproducts on a large scale, however, there is a limited application of the electromagnetic field for such purposes. It is reported for the species that cultivation conditions depend on the purposes for which the biomass is used. The most used crops are autotrophic, with LED lamp-type lighting in column photobioreactors with constant bubbling. Studies related to the applications of magnetic fields to P. cruentum cultures are limited, however, there are reports of the positive interference of magnetic fields on the growth and productivity of some species of microalgae, so it is suggested to use static magnetic field in stimulating the growth of P. cruentum.

Appreciation of agricultural organic wastes as substrate for the cultivation of the edible mushroom Pleurotus pulmonarius

RESUMEN El mercado de hongos comestibles es muy grande, siendo una alternativa alimenticia para reemplazar la carne, sumado a sus propiedades nutracéuticas y con la posibilidad de cultivarlos aprovechando desechos orgánicos de origen agrícola. Se recolectaron y prepararon semillas de almendra (Terminalia catappa) y cáscaras de achiote (Bixa orellana), cacahuate (Arachis hypogaea) y arroz (Oriza sativa) e inocularon con micelio de Pleurotus pulmonarius. Se evaluaron los tiempos de crecimiento del hongo, la eficiencia biológica y relación entre minerales del sustrato y producto. En achiote y maní hubo mayor acumulación de proteína (12,4%±1,6 y 10,9%±0,6 respectivamente). La cáscara de maní fue el único sustrato donde fructificó el P. pulmonarius con relación entre la concentración de nitrógeno vs. diámetro del sombrero, del pie y longitud del pie (p<0,05) y eficiencia biológica de 8,47% en la primera cosecha, perfilándose como un residuo agrícola orgánico con alto potencial para el cultivo de este hongo.

ABSTRACT Edible mushroom market is very large, making them an alternative to replace meat, in addition to their nutraceutical properties and with the possibility for growing them on organic wastes of agricultural origin. Almond seeds (Terminalia catappa), achiote (Bixa orellana) shells, peanut (Arachis hypogaea) shells and rice (Oriza sativa) husks were collected and inoculated with Pleurotus pulmonarius mycelium. Growth time, biological efficiency and relationship between mineral content in substrate and product were evaluated. Achiote shells and peanut shells showed a higher protein accumulation (12.4%±1.6 and 10.9%±0.6 respectively). Peanut shells were the only substrate where P. pulmonarius fructified, showing a significant relationship between nitrogen concentration and cap diameter, stem diameter, and stem length (p<0.05), with a biological efficiency of 8.47% in the first harvest. It is considered an organic agricultural residue with high potential for cultivating this mushroom.