Revista Colombiana de Biotecnología

Double haploid technology in the genetic improvement of exotic fruits: goldenberry, Physalis peruviana L., as a case study

Dry sliding wear behavior of super duplex stainless steel in a ball on ring tribometer

RESUMEN En el presente trabajo se realiza la caracterización del comportamiento ante el desgaste por deslizamiento en seco de un acero inoxidable súper dúplex. Los ensayos fueron desarrollados en un tribómetro tipo bola sobre anillo. Como material del anillo se empleó el acero inoxidable dúplex tipo SAF 2507 sin tratamiento térmico y como material para la bola se usó el acero AISI 52100. Los ensayos se realizaron sin lubricante en condiciones de ambiente (aire), temperatura y humedad estándar de laboratorio. Los parámetros seleccionados, a fin de estudiar sus efectos en el coeficiente desgaste por deslizamiento, fueron: velocidad de deslizamiento (0,9 m/s y 2 m/s), carga normal (9 N, 19 N y 29 N) y distancias de deslizamiento (500 m, 1000 m y 2000 m). Se empleó un diseño experimental de Taguchi con nueve tratamientos y dos réplicas. En la caracterización del acero SAF 2507 se obtuvo valores del coeficiente de desgaste en el intervalo desde 0,19588 x 1012 m2/N hasta 0,72381 x 1012 m2/N, para las condiciones evaluadas. El factor que más afecta el coeficiente de desgaste es la velocidad de deslizamiento. El mecanismo de desgaste identificado para el SAF 2507 es de adhesión y delaminación de alta velocidad.

ABSTRACT In this paper the characterization of the behavior during dry sliding wear of a super duplex stainless steel was performed. The tests were developed in a ball on ring tribometer type. As material of the ring is used the duplex stainless steel type SAF 2507 without heat treatment and as material for the ball is used the steel AISI 52100. Tests were conducted without lubrication in ambient conditions (air), temperature and humidity laboratory standard was used. The parameters selected in order to study its effects on sliding wear coefficient were: sliding speed (0.9 m/s and 2 m/s), normal load (9 N, 19 N and 29 N) and distances slip (500 m, 1000 m and 2000 m). Taguchi experimental design with nine treatments and two replicates was used. In the characterization of steel SAF 2507 wear coefficient values was obtained in the range from 0.19588 x 10-12 m2/N to 0.72381 x 10-12 m2/N, for the conditions tested. The factor that most affects the wear coefficient is the sliding velocity. The wear mechanism identified for the SAF 2507 was adhesion and high speed delamination.

Micropropagation of Prosopis pallida (Humb &Bonpl. Ex Willd.) Kunth from shoot tips

RESUMEN Prosopis pallida, conocido como algarrobo, es una especie emblemática de los bosques secos del norte del Perú. Es de gran importancia económica por su uso en la producción de leña y carbón, así como en la producción de algarrobina proveniente de sus frutos. Actualmente las actividades humanas han deforestado grandes poblaciones de algarrobo en el bosque seco, por lo que es muy importante una propagación masiva para planes de reforestación a gran escala en esos ecosistemas, con la finalidad de conservar la especie y también las características genéticas de individuos élite. El objetivo de la investigación fue establecer un protocolo para la propagación in vitro de algarrobo. Previo a la siembra in vitro, se evaluaron tres tratamientos pregerminativos para poder acelerar la germinación de las semillas con la finalidad de obtener mayor material de propagación. Luego se evaluó el efecto del medio de plantas leñosas con la adición de cuatro concentraciones (0; 0,5; 1,0 y 1,5 mg/L) de citoquininas (BAP y ZEA) sobre la propagación in vitro de Prosopis pallida, habiendo realizado tres ensayos debido a la poca efectividad de brotación de las yemas apicales, resultando mejor la ausencia de citoquininas en yemas apicales con sus dos cotiledones, usando tapas de algodón en los tubos de ensayo. En esta etapa se evaluó el número de nudos, altura de plántula y número de brotes. Para el enraizamiento se ensayó con tres concentraciones (0; 0,5 y 1,0 mg/L) de auxinas (NAA, IBA y IAA), y se evaluó el porcentaje de enraizamiento, longitud de la raíz y número de raíces; obteniéndose mejores resultados con 0,5 mg/L IBA. En la fase de aclimatación se evaluó el porcentaje de aclimatación en dos tipos de sustratos, obteniéndose mejores resultados con sustrato comercial de turba y vermiculita.

ABSTRACT Prosopis pallida, known as algarrobo, is an emblematic species of the dry forests of northern Peru. It is of great economic importance for its use in the production of firewood and coal, as well as in the production of carob from its fruits. Currently human activities have deforested large populations of algarrobo in the dry forest, so it is very important a massive propagation for large-scale reforestation plans in these ecosystems, in order to conserve the species and also the genetic characteristics of elite individuals. The objective of the research was to establish a protocol for the in vitro propagation of algarrobo. Before in vitro propagation, It was evaluated the effect of three seeds treatments to accelerate seeds germination in order to get more propagation material. Then, the effect of woody plants medium with the addition four concentrations (0, 0.5, 1.0 and 1.5 mg /L) of cytokinins (BAP and ZEA) on the in vitro propagation of Prosopis was evaluated and it has performed three trials for the ineffective budding of apical buds, resulting in a better absence of cytokinins in apical buds with their two cotyledons, and using cotton lids in the test tubes. In this stage the number of nodes, seedling height and number of shoots was evaluated. For rooting, it was tested with three concentrations (0, 0.5 and 1.0 mg /L) of auxins (NAA, IBA and IAA), and the percentage of rooting, root length and amount of roots was evaluated, obtaining better results with 0.5 mg / L IBA. In the acclimation phase, the acclimation percentage was evaluated using two substrates, and the best results were commercial substrate of peat and vermiculite.

Biodegradation of cyanide via recombinant cyanide dehydratase from Bacillus pumilus expressed heterologously in Escherichia coli

ABSTRACT Despite its high toxicity, cyanide is used in several industrial processes, and as a result, large volumes of cyanide wastewater need to be treated prior to discharge. Enzymatic degradation of industrial cyanide wastewater by cyanide dihydratase, which is capable of converting cyanide to ammonia and formate, is an attractive alternative to conventional chemical methods of cyanide decontamination. However, the main impediment to the use of this enzyme for the biodegradation of cyanide is its intolerance to the alkaline pH at which cyanide waste is kept and its low thermoresistance. In the present study, the catalytic properties of whole Escherichia coli cells overexpressing a cyanide dihydratase gene from Bacillus pumilus were compared to those of the purified enzyme under conditions similar to those found in industrial cyanide wastewater. In addition, the capacity of whole cells to degrade free cyanide in contaminated wastewater resulting from the gold mining process was also determined. The characteristics of intracellular enzyme, relative to purified enzyme, included increased thermostability (>60% activity at 50°C), as well as greater tolerance to heavy metals, and to a lesser extent pH (20% activity remaining at pH 9.0) On the other hand, enzymatic degradation of 70% of free cyanide (initial concentration 528 mM) in the industrial sample was achieved only after dilution. Nevertheless, the increased thermostability observed for intracellular CynD suggest that whole cells of E. coli overexpressing CynD are suited for process that operate at elevated temperatures (50°C), a limitation observed for the purified enzyme.

RESUMEN A pesar de su alta toxicidad, el cianuro es usado en diversos procesos industriales, y como resultado, grandes volúmenes de aguas residuales de cianuro deben ser tratados antes de su descarga. Una alternativa atractiva a los métodos químicos convencionales de descontaminación es la degradación enzimática por la enzima cianuro dihidratasa, la cual es capaz de convertir cianuro en amonio y ácido fórmico. No obstante, la inactivación de esta enzima a pH superior a 8.5 y su poca termoestabilidad han sido el principal impedimento para la implementación exitosa de esta alternativa de biorremediación. En el presente estudio, las propiedades catalíticas de células completas de Escherichia coli que sobre expresan el gen de cianuro dihidratasa de Bacillus pumilus se estudian bajo condiciones similares a las encontradas en aguas residuales industriales de cianuro y los resultados se discuten en comparación con las de la enzima purificada. Además, se determinó la capacidad de las células completas para degradar el cianuro libre en aguas residuales resultantes del proceso de extracción de oro. Las características de la enzima intracelular, relativa a la enzima purificada, incluyeron un incremento en la termoestabilidad (>60% actividad a 50°C), así como mayor tolerancia a metales pesados y en menor medida al pH (20% actividad residual a pH 9.0). Por otra parte, la degradación enzimática del 70% del cianuro libre en la muestra industrial (concentración inicial 528 mM) se logró solo después de la dilución de la muestra. Sin embargo, el incremento en la termoestabilidad observado para CynD intracelular sugiere que las células completas de E. coli que sobre expresan CynD son adecuadas para procesos que operan a temperaturas elevadas (50°C), una limitación observada para la enzima purificada.

Isolation and identification of potential amylolytic and cellulolytic microorganisms from soil of Bogota wetlands

RESUMEN Las amilasas y celulasas de origen microbiano se han utilizado desde hace más de tres décadas en la industria. El aislamiento de microorganismos nativos con capacidad amilolítica y celulolítica es el punto de partida para aprovechar la biodiversidad microbiana en la producción de amilasas y celulasas con características específicas que permitan obtener nuevos productos y optimizar procesos industriales donde estas sean aplicables. El objetivo de este trabajo fue aislar, a partir de suelo de cinco humedales en Bogotá, cepas microbianas productoras de enzimas amilolíticas y celulolíticas. Se realizó la medición de halos de hidrólisis en agar almidón y agar carboximetilcelulosa. Se evaluó la actividad enzimática por medio de la producción de azúcares reductores, determinados mediante la técnica del ácido 3,5 dinitrosalicílico. Se seleccionaron cuatro aislamientos amilolíticos diferentes, todos identificados como Bacillus amyloliquefaciens, con actividades entre 480±35 y 752±33 U/mL a 60°C. Cinco aislamientos celulolíticos diferentes fueron seleccionado, dos identificados como Bacillus amyloliquefaciens, dos como Yersinia massiliensis y uno como Stenotrophomonas nitritireducens, con actividades enzimáticas entre 13.82 ± 2.5 y 19.11 ± 2.3 U/mL a 50°C. Estos resultados demuestran que dentro de la biodiversidad de los suelos de humedales de Bogotá existen microrganismos productores de amilasas y celulasas que podrían ser aplicadas en procesos industriales.

ABSTRACT The amylases and cellulases obtained from microorganisms have been used since more than three decades in industry. The isolation of native microbial strains with amylolytic and cellulolytic ability is the starting point to make the best of microbial biodiversity and support the production of amylases and cellulases with novel characteristics to obtain new products and optimize industrial processes where these enzymes can be applied. The objective of this work was to isolate microbial strains with the capacity to produce amylolytic and cellulolytic enzymes from the soil of five wetlands in Bogotá. Hydrolysis halos measurements in starch agar and carboxymethylcellulose agar were performed. The enzymatic activity was determined through the production of reducing sugars which were determined by 3,5-dinitrosalicylic acid method. Four different amylolytic isolations were selected and all of them were identified as Bacillus amyloliquefaciens. The amylolytic activity was between 480 ± 35 and 752±33 U/mL at 60°C. Five different cellulolytic strains were selected and two of them were identified as Bacillus amyloliquefaciens, two as Yersinia massiliensis and one as Stenotrophomonas nitritireducens. Their cellulolytic activities were from 13.82 ± 2.51 to 19.11 ± 2.3 U/mL at 50°C. These results demonstrate that as a part of the Bogota wetlands soil biodiversity there are microorganisms producing amylases and cellulases which might be applied in industrial processes.

Evaluation of the consortium between Pleurotus ostreatus, Trametes versicolor and aerobic bacteria for removal of synthetic dye

RESUMEN Los residuos líquidos producidos al elaborar tinciones biológicas contienen mezclas de compuestos químicos y microorganismos, que generan un elevado impacto ambiental si no son tratados adecuadamente. Por esta razón, en el presente trabajo se evaluaron a Pleurotus ostreatus, Trametes versicolor, Enterobacter xianfangensis, Pseudomonas azotoformans, Pseudomonas sp., Bacillus subtilis y Pseudomonas fluorescens, para el tratamiento de un residuo líquido que contenía colorantes trifenilmetánicos y azóicos, a escala de laboratorio. Inicialmente, se seleccionaron las cepas con menor efecto antagónico y se determinó su potencial para producir las enzimas Lacasa, Manganeso Peroxidasa y Lignino Peroxidasa, al emplear sustratos inductores y mezclas de colorantes. Para el consorcio fúngico/bacteriano la disminución de las unidades de color y demanda química de oxígeno fueron del 99 % y 70 % a las 96 h. La remoción de estos parámetros se relacionó con la interacción positiva e incremento de las poblaciones de hongos, bacterias y la producción de enzimas ligninolíticas, obteniendo valores a las 96 h de 7.0 y 14.0 unidades logarítmicas para hongos y bacterias, con unas actividades enzimáticas de 75 U/L, 205 U/L y 0.63 U/L para Lacasa, MnP y LiP, respectivamente. Con el presente trabajo se demostró que con el uso consorcios fúngicos/bacterianos se incrementa la remoción de colorantes y se disminuye el tiempo de proceso. Sugiriendo que estos microorganismos podrían ser evaluados en plantas de tratamiento que integren diferentes unidades de tratamiento para optimizar la remoción de contaminantes con baja biodegradabilidad.

ABSTRACT The liquid wastes generated when biological stains are prepared, contain a mixture of chemical compounds and microorganisms, with high environmental impact. For this reason, Pleurotus ostreatus, Trametes versicolor, Enterobacter xianfangensis, Pseudomonas azotoformans, Pseudomonas sp., Bacillus subtilis and Pseudomonas fluorescens, were used to evaluate the treatment of a liquid waste containing triphenylmethane and azo dyes, on a laboratory scale. Initially, the strains with less antagonistic effect among them were selected for their potential to produce enzymes as Laccase, Manganese Peroxidase and Lignin Peroxidase. The enzymatic activity was determined by using inducing substrates and dye mixtures. For fungal/bacterial consortium, the decrease in color, Chemical Oxygen Demand and in Biochemical Oxygen demand was of 99 %, 70 % and 65 % at 96 h, respectively. The removal of these parameters was related to the positive interaction between the populations of fungi, bacteria and the production of ligninolytic enzymes, obtaining values of 7.0 and 14.0 logarithmic units for fungi and total bacteria at 96 h with enzymatic activities of 75 U/ L, 205 U/L and 0.63 U/L for Laccase, MnP and LiP. The present work demonstrates that using of fungal/bacterial consortia, the removal of dyes is increased, and the process time is decreased. Suggesting that these microorganisms could be evaluated in treatment plants that integrate different treatment units to optimize the removal of contaminants with low biodegradability.

Extraction of metabolites from Calendula officinalis and evaluation of their colorant and antibacterial capacity

ABSTRACT In this work, different bioactive compounds were obtained by different extractions from Calendula officinalis. The effect of different extraction time and temperature on the quantity of bioactive compounds was investigated. The extracts were quantified by UV-visible spectrometric analysis. The effect of extraction technique on both the colorant power and antibacterial capacity of metabolites obtained was evaluated. Colorant power was evaluated by UV-visible spectrometric and dyeing ability in dairy product. Antibacterial activity of extracts was evaluated using Escherichia coli and Salmonella typhimurium by diffusion technique in well. Outstanding extraction results were obtained by ultrasound extraction technique performed during 2 hours, at 30 °C and ethanol 96% as solvent. The same treatment showed the best result in colorant power and dyeing ability. The extracts obtained by ultrasound had a slightly inhibitory effect of growth on E. coli in comparison with the other techniques. None of the extracts obtained from the different techniques reported a significant inhibition on the growth of S. typhimurium. Therefore, ultrasound-assisted extraction is considered as an alternative process for obtaining the bioactive compounds from C. officinalis with high concentration, colorant power and antibacterial activity.

RESUMEN En este trabajo, diferentes compuestos bioactivos fueron obtenidos a partir de extracciones de las flores de Caléndula officinalis. Se investigó el efecto que tiene el tiempo de extracción y la temperatura sobre la cantidad de compuestos bioactivos. Los extractos obtenidos fueron cuantificados mediante espectrofotometría UV-visible. Se evaluó el efecto de la técnica de extracción sobre el poder colorante y la capacidad antibacterial de los metabolitos obtenidos. El poder colorante se evaluó mediante espectrofotometría UV-visible y la capacidad de teñido se evaluó en un producto lácteo. La actividad antibacterial de los extractos fue evaluada usando Escherichia coli y Salmonella typhimurium mediante la técnica de difusión en pocillos. Se obtuvieron buenas cantidades de metabolitos evaluados mediante la técnica por ultrasonido realizada durante 2 horas, a 30 °C, con etanol a una concentración de 96%. El mismo tratamiento mostro los mejores resultados en cuanto al poder colorante y la capacidad de teñido en una matriz láctea. Los extractos obtenidos por ultrasonido tuvieron un ligero efecto inhibitorio del crecimiento sobre E. coli en comparación con las otras técnicas. Ninguno de los extractos obtenidos mediante las diferentes técnicas mostró una inhibición significativa en el crecimiento de S. typhimurium. Por lo tanto, la extracción asistida por ultrasonido se considera como un proceso alternativo para obtener los compuestos bioactivos de C. officinalis con alta concentración, poder colorante y actividad antibacteriana.

Status of scientific research and the Access to genetic resources by Colombian research groups

RESUMEN Colombia participa actualmente con el 14% de la biodiversidad del planeta, que se considera uno de los activos más importantes del país. En todo el mundo ocupa el primer lugar en diversidad de especies de aves y el segundo en plantas, de ahí la importancia de controlar el acceso a las especies nativas. Por lo tanto, el objetivo del estudio fue analizar el estado actual de la investigación científica y el acceso a los recursos genéticos por parte de los grupos de investigación colombianos a través de la revisión de sus proyectos de investigación descritos en la base de datos nacional de Minciencias GrupLAC para el período 2013-2018. Los grupos de investigación se clasificaron en seis áreas según el programa nacional de ciencia y tecnología (Biotecnología, Ciencias Básicas, Ciencias del Mar, Salud, Ciencias Agrícolas y Biodiversidad y Hábitat) y los proyectos de investigación se dividieron según en las actividades exceptuadas de solicitar contrato de acceso y las que lo requieren, según las modificaciones a la legislación colombiana entre 2013 y 2017. Los resultados muestran que del total de 2168 proyectos revisados, (que incluyen modalidades exceptuadas de solicitar contrato de acceso como los que lo requieren) 198 (9,1%) emplearon especies nativas en sus investigaciones divididas en las siguientes categorías: sistemática molecular (38,3%), ecología molecular (18,1%), biogeografía (2,7 %), y otros (40, 9%). El Ministerio del medio ambiente reporto un total de 273 solicitudes de contratos de Acceso a Recurso Genéticos para el mismo periodo. Los últimos desarrollos legislativos en Colombia, diferencian y simplifican el procedimiento para realizar investigaciones sobre recursos genéticos, han tenido un impacto positivo, dado que el número de solicitudes de contratos de acceso a recursos genéticos se incrementó en los últimos 5 años.

ABSTRACT Colombia currently participates with 14% of the planet's biodiversity, which is considered one of the most important assets in the country. Around the world it occupies the first place in diversity of bird species and second in plants, hence the importance of controlling access to native species. Therefore, the objective of the study was to analyze the current state of scientific research and access to genetic resources by Colombian research groups through the review of their research projects described in the national database of Minciencias GrupLAC for the 2013-2018 period. The research groups were classified into six areas according to the national science and technology program (Biotechnology, Basic Sciences, Marine Sciences, Health, Agricultural Sciences and Biodiversity and Habitat); and the research projects were divided according to the activities excepted from requesting an access contract and those that require it, according to the modifications to Colombian legislation between 2013 and 2017. The results show that of the total of 2168 projects reviewed, 198 (9, 1%) used native species in their research divided into the following categories: molecular systematics (38.3%), molecular ecology (18.1%), biogeography (2.7%), and others (40, 9%). For its part, the Ministry of the environment reported a total of 273 applications for Genetic Resource Access contracts for the same period. It is clear that the latest legislative developments in Colombia, differentiate and simplify the procedure for conducting research on genetic resources, have had a positive impact, given that the number of requests for contracts for access to genetic resources has increased in the last 5 years.

Microbial inoculants incorporated in Ipomoea batatas L. crop in the Sinú Valley

RESUMEN La batata (Ipomoea batatas L.) se cultiva en todo el mundo como fuente de carbohidratos, y su producción comercial requiere un alto aporte de fertilizantes químicos, lo cual eleva los costos de producción. Los inoculantes microbianos, se emplean como una fuente alternativa de nutrición vegetal. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de Pseudomonas denitrificans IBVS2 y Azotobacter vinelandii IBVS13 con diferentes niveles fertilización química nitrogenada en el cultivo de batata en la microrregión del Valle del Sinú en el Caribe Colombiano. Para los montajes de los experimentos se utilizó un diseño completamente aleatorizado, ocho tratamientos y tres repeticiones usando como material vegetal plántulas obtenidas in vitro endurecidas en invernadero. Los resultados demostraron que la cepa Azotobacter vinelandii IBVS13 con un 75% de fertilización nitrogenada (FN) mejoró la capacidad de acumulación de materia seca en los tubérculos de batata, generando incrementos de 6,65 t/ha respecto al testigo químico y 3,18 t/ha en relación con el testigo absoluto, garantizando un incremento del rendimiento. Así mismo, el contenido de proteína bruta aumentó 13,93% al realizar la inoculación de las plantas con esta cepa. En el mismo sentido, la cepa Pseudomonas denitrificans IBVS2+ fertilización nitrogenada 50% presentó aumentos en la variable de fibra cruda 31,75% respecto al testigo absoluto, contribuyendo de manera eficaz como bioestimulante microbiano en la agricultura.

ABSTRACT Sweet potatoes (Ipomoea batatas L.) are grown worldwide as a source of carbohydrates, and their commercial production requires a high contribution of chemical fertilizers, which increases production costs. Microbial inoculants are used as an alternative source of plant nutrition. The objective of this research was to evaluate the effect of Pseudomonas denitrificans IBVS2 and Azotobacter vinelandii IBVS13 with different levels of nitrogen chemical fertilization in the sweet potato crop in the microregion of the Sinú Valley in the Colombian Caribbean. A completely randomized design was used for the experiment development, eight treatments was evaluated and three repetitions were carried out. In vitro hardened seedlings was used as a plant material. The results showed that the Azotobacter vinelandii IBVS1 3 strain with 75% nitrogen fertilization (FM) improved the accumulation capacity of dry matter in sweet potato roots, generating increases of 6.65 t / ha compared to the chemical control and 3.18 t / ha in relation to the absolute control, guaranteeing an increase in yield. The crude protein content was increased in 13.93% when inoculating the plants with this strain. In the same way, with the inoculation of strain Pseudomonas denitrificans IBVS2 + 50% nitrogen fertilization the crude fiber variable was increased in 31.75% compared to the absolute control, contributing effectively as a microbial biostimulant in agriculture.

Evaluation of free nitrogen biological fixers on the growth of grasses on degraded soil

RESUMEN Los problemas de degradación del suelo que se presentan actualmente permiten que los fijadores biológicos de nitrógeno libre (FBNL), tengan potencial como microorganismos regeneradores de este recurso. Con el objetivo de evaluar su capacidad como grupo funcional, se buscó el aislamiento en medios selectivos Ashby y FBN. Luego de su caracterización morfológica y bioquímica; se inocularon dos tipos de semillas, Zea mays y Brachiaria decumbens; sembradas en un suelo degradado (predio La Ortega de la Universidad de Medellín). Se realizaron 4 tratamientos con 5 repeticiones, durante 36 días en invernadero. Los resultados más destacados los presentó la Brachiaria decumbens al incrementar el peso seco y la longitud de sus raíces gracias a un aislado FBNL (AshAssm4); lo que sugiere su potencial utilización para mejorar los procesos de revegetalización.

ABSTRACT Due to the problems of soil degradation that currently occur, the free nitrogen biological fixers (FNBF), have potential as regenerating microorganisms of this resource. With the objective of evaluating its capacity as a functional group, isolation was sought in selective media Ashby and FBN; after its morphological and biochemical characterization; two types of seeds were inoculated, Zea mays and Brachiaria decumbens; planted in degraded soil (La Ortega property of the Universidad de Medellín). Four treatments were performed with 5 repetitions, during 36 days in the greenhouse. The most outstanding results are those described by Brachiaria decumbens by increasing the dry weight and the length of its roots thanks to a FNBF isolate (AshAssm4); which suggests its potential use to improve revegetalization processes.