Revista Colombiana de Biotecnología

HIF decoy improve cytotoxic effects of two chemotherapeutic agents on MDA-MB-231

RESUMEN Procesos oncogénicos como proliferación incontrolable, resistencia apoptótica, aumento de mecanismos angiogénicos y evasión inmune son regulados generalmente por factores de transcripción, como HIF-1. Por tanto, se ha señalado a esta molécula como un blanco terapéutico prometedor. Para explorar esta posibilidad, un oligonucleótido tipo "señuelo" dirigido a HIF-1 a (ODN) fue diseñado para evaluar su eficiencia en esquema tanto monoterapéutico, como en combinación con dos agentes quimioterapéuticos en un modelo in vitro de cáncer de mama. Después de comprobar, mediante citometría de flujo e inmunofluorescencia, la localización del blanco, el señuelo fue transfectado en la línea celular MDA-MB-231. Se estableció la IC-50 de HIF-1 a ODN, Cisplatino y Taxol con el método de Resazurina. Mecanismos de muerte celular fueron evaluados con el método de TUNEL. Por último, se estableció el índice de combinación (IC) de cada uno de los quimio-agentes en combinación con el ODN. Se evidencio que HIF-1 a ODN causa un efecto citotóxico en MDA-MB-231 de hasta un 90% hacia las 72h pos-tratamiento. Este efecto no se observa tanto en los controles del ensayo, como en el cultivo primario de células no tumorales (FIBRO), siendo este agente altamente selectivo hacia células tumorales, al activar mecanismos pro-apoptóticos. A su vez, HIF-1 a ODN potencializa la actividad tumorogénica de Cisplatino y Taxol en la línea celular tumoral. Por tanto, HIF-1 a ODN demostró tener actividad selectiva potencialmente antitumoral, al disminuir la proliferación celular e inducir apoptosis; optimizando de forma sinérgica, la eficacia de fármacos quimioterapéuticos de alto espectro, en tratamientos combinados.

ABSTRACT Oncogenic processes like uncontrollable proliferation, resistance to apoptosis, increases in angiogenic mechanisms and immune evasion are regulated by transcription factors such HIF-1. Therefore, this molecule is regarded as a potential therapeutic target. To explore this possibility, a HIF-1 α oligonucleotide decoy (ODN) was designed to evaluate its efficiency on both a mono-therapeutic scheme and a mixed treatment with two chemotherapeutic agents within an in vitro model of breast cancer. After confirming the target location with flow cytometry and immunofluorescence assays, that decoy was transfected over the MDA-MB-231 cell line. We established the HIF-1 α ODN, Cisplatin and Taxol IC-50 using Resazurin tests. Cell death mechanisms was evaluated with TUNEL. Finally, we obtained the combination index (IC) of each chemical agents with the ODN. This study showed that HIF-1 α ODN caused a cytotoxic effect (up to 90%) in MDA-MB-231 during 72 hours post treatment. That effect did not appear in either the assay controls nor in non-tumor cell cultures (FIBRO). This agent is highly selective towards tumor cells, activating pro-apoptotic mechanisms. Additionally, HIF-1 α ODN increases the tumorigenic action of Cisplatin and Taxol on the cell line, due to an additive effect. For these reasons, HIF-1 α ODN has potential antitumor selective activity, decreasing cell proliferation, inducing apoptosis, and optimizing, in a synergistic manner, the efficacy of wide spectrum chemotherapeutic compounds when it used in a combined treatment.

Bacillus cereus endophytic bacterial plant growth promoter

RESUMEN La planta Lippia origanoides ha sido ampliamente estudiada debido al efecto antimicrobiano y antifúngico que poseen sus extractos y aceites esenciales, los cuales han sido probados contra un gran número de microorganismos patógenos. Sin embargo, es escasa la literatura que registra la diversidad de bacterias endófitas asociadas a esta especie de plantas. El objetivo del trabajo fue evaluar in vitro la capacidad de promoción de crecimiento vegetal de bacterias endófitas de Lippia origanoides en el municipio de Sincelejo -Sucre, Colombia. En este estudio se aislaron bacterias endófitas en medio de cultivo agar R2A a partir de diferentes tejidos, se evaluó la densidad poblacional (UFC/g de tejido) por conteo en superficie y la promoción de crecimiento vegetal de forma cualitativa en medios selectivos específicos. Se observaron diferencias significativas para la densidad poblacional de bacterias endófitas respecto al tipo de tejido, con mayores valores en la raíz (2,0 x 1010/g raíz), seguido del tallo (1,3 x 1010/g tallo) y hojas (9,2 x 109/g hoja). Se obtuvieron un total de 20 bacterias endófitas, los cuales dos mostraron capacidad solubilizadora de fosfato, fijación biológica de nitrógeno, producción de sideróforos y ACC desaminasa. Los morfotipos TLO5 y RLO4 fueron identificados molecularmente como Bacillus cereus, mostrando buenos resultados de promoción de crecimiento vegetal.

ABSTRACT The Lippia origanoides plant has been widely studied due to the antimicrobial and antifungal effect of its extracts and essential oils, which have been tested against a large number of pathogenic microorganisms. However, there is little literature that records the diversity of endophytic bacteria associated with this plant species. The objective of the work was to evaluate in vitro the plant growth promotion capacity of endophytic Lippia origanoides bacteria in the municipality of Sincelejo-Sucre, Colombia. In this study, endophytic bacteria were isolated in R2A agar culture medium from different tissues, population density (CFU / g of tissue) was evaluated by surface counting and the promotion of plant growth qualitatively in specific selective media. Significant differences were observed for the population density of endophytic bacteria regarding tissue type, with higher values in the root (2.0 x 1010 / g root), followed by the stem (1.3 x 1010 / g stem) and leaves (9.2 x 109 / g sheet). A total of 20 endophytic bacteria were obtained, which two showed phosphate solubilizing capacity, biological nitrogen fixation, production of siderophores and ACC deaminase. The TLO5 and RLO4 morphotypes were molecularly identified as Bacillus cereus, showing good results in promoting plant growth.

Modification and Expression of Beta-1,4-Endoglucanase encoding sequences of fungal origin in Escherichia coli BL21

ABSTRACT Lignocellulose is the main and most abundant component of biomass. Annually, 200 million tons are generated in the world. Colombia has a high production of lignocellulosic residues that can be used in many industrial processes such as bioethanol produc-tion, promoting the bioeconomy. The objective of the present work was to express lignocellulolytic enzymes of eukaryotic origin in Escherichia coli BL21 (DE3). Initially, endoglucanase eukaryotic genes were selected and modified using bioinformatics methods for their production in E. coli BL21 (DE3) and saccharification of pure cellulose substrates. The gene selected for its modification and expression was egl B from the fungus Aspergillus nidulans. Subsequently the enzyme integrity was tested by 3D modeling and molecular docking, as well as the conformation of its active site and its affinity for substrates of interest. Finally, cloning of the modified gene in plasmid pET151 TOPO was made and transformed in the strain E. coli BL21 (DE3) where several lignocellulose degradation tests were carried out using semiquantitative methods for the enzyme activity in carboxymethylcellulose. The presence of the three genes of interest within the plasmid pET151 TOPO and within the transformed cells of E. coli TOP10 and E. coli BL21 (DE3) was verified by colony PCRs performed. The presence of this gen was corroborated by sequencing. Expression of the modified endoglucanase enzyme was achieved in E. coli BL21 (DE3) expression cells, in soluble and functional form, demonstrated by the hydrolysis of the CMC substrate.

RESUMEN La lignocelulosa es el componente principal y más abundante de la biomasa. Anualmente se generan 200 millones de toneladas en el mundo. Colombia tiene una alta producción de residuos lignocelulósicos que pueden ser utilizados en muchos procesos industriales como la producción de bioetanol, promoviendo la bioeconomía. El objetivo del presente trabajo fue expresar enzimas lignocelulolíticas de origen eucariota en Escherichia coli BL21 (DE3). Inicialmente, los genes eucariotas de endoglucanasa se seleccionaron y modificaron mediante métodos bioinformáticos para su producción en E. coli BL21 (DE3) y la sacarificación de sustratos de celulosa. El gen seleccionado para su modificación y expresión fue eglB del hongo Aspergillus nidulans. Posteriormente se evaluó la integridad de la enzima mediante modelado 3D y acoplamiento molecular, así como la conformación de su sitio activo y su afinidad por sustratos de interés. Finalmente, se realizó la clonación del gen modificado en el plásmido pET151 TOPO y se transformó en la cepa E. coli BL21 (DE3) donde se realizaron varios ensayos de degradación de lignocelulosa utilizando métodos semicuantita-tivos para la actividad enzimática en carboximetilcelulosa. La presencia del gen de interés dentro del plásmido pET151 TOPO y dentro de las células transformadas de E. coli TOP10 y E. coli BL21 (DE3) se verificó mediante PCR de colonia. La presencia de este gene se corroboró por secuenciación eglB. La expresión de la enzima endoglucanasa modificada se logró en células de E. coli BL21 (DE3), en forma soluble y funcional, demostrada por la hidrólisis del sustrato de CMC.

Antagonism of plant growth promoting rhizobacteria against the causal agent of the vascular wilting of tomato

ABSTRACT Use of biotechnological potential of native microorganisms as bio-inputs is having a great impact on agricultural systems. Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR), in addition to their beneficial effect on plant growth and on the availability of soil elements, also have an antagonistic effect against different pathogens. In this study, growth promotion mechanisms with emphasis on the antagonism of PGPR isolated from sugarcane and tomato crops were evaluated. Antagonism against Fusarium oxysporum f.sp lycopersici (Fol) was determined by dual tests, inhibition of germination and production of chitinases and endoglucanases. 52 isolates were evaluated and according to their results in dual tests 10 were selected for further analysis. Isolate GIBI127 showed the best percentage of Inhibition Germination (IG) of Fol (59.29%). Then, a selection index was calculated using results from gi, dual tests and growth promotion mechanisms to select five best isolates. Finally, these bacteria were evaluated for chitinases and endoglucanases production using Miller's method. As a result, strain GIBI419 (Burkholderia cepacia) showed a higher production of these enzymes. Selected isolates have antagonistic potential along with plant growth promotion characteristics, which can be used for the development of microbial inoculants which allow the establishment of agricultural systems for tomato cultivation that are sustainable, efficient, and environmentally friendly.

RESUMEN El uso del potencial biotecnológico de microorganismos nativos como bioinsumos está teniendo un gran impacto en los sistemas agrícolas. Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR), además de su efecto benéfico en el crecimiento de las plantas y de facilitar la disponibilidad de elementos del suelo, también tienen un efecto antagónico frente a diferentes patógenos. En este estudio se evaluaron mecanismos de promoción del crecimiento con énfasis en el antagonismo de bacterias PGPR aisladas de cultivos de caña de azúcar y tomate. El antagonismo contra Fusarium oxysporum f.sp lycopersici (Fol) se determinó mediante pruebas duales, inhibición de la germinación y producción de quitinasas y endoglucanasas. Se evaluaron 52 aislamientos y según sus resultados en pruebas duales se seleccionaron 10 para su posterior análisis. El aislado GIBI127 mostró el mejor porcentaje de Inhibición de la Germinación (IG) de Fol (59,29%). Luego, se calculó un índice de selección utilizando los resultados de IG, pruebas duales y mecanismos de promoción del crecimiento para seleccionar los cinco mejores aislamientos. Finalmente, estas bacterias fueron evaluadas en la producción de quitinasas y endoglucanasas utilizando el método de Miller. Como resultado, se evidenció la cepa GIBI419 (Burkholderia cepacia) como la de mayor producción de estas enzimas. Los aislados seleccionados tienen un potencial antagónico junto con características de promoción del crecimiento de las plantas, que pueden usarse para el desarrollo de inoculantes microbianos que permitan el establecimiento de sistemas agrícolas para el cultivo de tomate que sean sostenibles, eficientes y amigables con el medio ambiente.

Selection of somaclonal variants of maracuyá (passiflora Edulis var Flavicarpa. Deneger) tolerants to water deficit

ABSTRACT Climate change will have an impact on the Colombian agricultural sector, by 2050 increases in temperature and distribution of erratic rainfall are expected. Passion fruit cultivation does not tolerate water deficit, it reduces flower induction, generates fruit drop and defoliation. To tackle this problem, somaclonal variants (VS) of passion fruit were selected in-vitro, seeking tolerance to water deficit. Four phases were developed: I) callogenesis, II) direct and indirect organogenesis, II) Induction and evaluation of the water deficit with Polyethylene glycol 6000 (PEG 6000) and IV) in vitro selection of VS by morphometric measurements, chlorophyll and total sugars contents. Differences in callogenesis were found with different concentrations of 2,4-D, the concentration of 2 mg L-1 presented better results producing calluses in less time and in greater quantity (8 days, 90% of the leaf area). In indirect and direct organogenesis the medium MS + ANA + BAP (0.3: 0.6), showed significant statistical differences with respect to other means, for the variables root length (15.14 cm), stem (16.72 cm) and leaves ( 14.51 cm) and root thickness (0.76 cm) stem (1.25) and leaf width (6.75). The influence of PEG 6000 showed significant differences, the treatment with 30 g L-1 showed the smallest leaf width, the greatest width was found in 25 g L1. Statistical differences were found in chlorophyll levels and total sugar contents, the highest contents were recorded in the VS 25VS1, showing the possibility of obtaining seedlings tolerant to the water deficit of passion fruit by inducing somaclonal variation.

RESUMEN El cambio climático tendrá impactos en el sector agropecuario colombiano, para el 2050 se prevén aumentos de temperatura y distribución de lluvias erráticas. El cultivo de maracuyá no tolera el déficit hídrico, este disminuye la inducción floral, genera caída de frutos y defoliación. Para abordar esta problemática se seleccionaron in-vitro variantes somaclonales (VS) de maracuyá, buscando tolerancia al déficit hídrico. Se desarrollaron cuatro fases: I) callogénesis, II) organogénesis directa e indirecta, III) Inducción y evaluación del déficit hídrico con Polientilenglicol 6000 (PEG 6000) y IV) selección in vitro de VS por mediciones morfométricas, contenidos de clorofila y azúcares totales. Se hallaron diferencias en callogénesis con diferentes concentraciones de 2,4-D, la concentración de 2 mg-L-1 presentó mejores resultados produciendo callos en menor tiempo y en mayor cantidad (8 días, 90% del área foliar); en organogénesis indirecta y directa el medio MS + ANA + BAP (0.3:0.6), mostró diferencias estadísticas significativas respecto a otros medios, para las variables longitud de raíz (15.14 cm), tallo (16.72 cm) y hojas (14.51 cm) y grosor de raíz (0.76 cm) tallo (1.25) y ancho de hojas (6.75). La influencia de PEG 6000 mostró diferencias significativas, el tratamiento con 30 g-L-1 mostró menor ancho de hojas, el mayor ancho se encontró en 25 g-L-1. Se hallaron diferencias estadísticas en niveles de clorofila y contenidos de azúcares totales, los mayores contenidos se registraron en el VS 25VS1, mostrando la posibilidad de obtener plántulas tolerantes al déficit hídrico de maracuyá mediante la inducción de variación somaclonal.

Biochemical passive reactors: a biotechnological alternative to remediation of acid mine drainage

RESUMEN El Drenaje ácido de mina (DAM) es actualmente el principal contaminante de las regiones mineras. Los reactores bioquímicos pasivos son una tecnología sostenible fácil de instalar que utiliza desechos agroindustriales de la región y puede operar en áreas remotas con poco mantenimiento. Además, son una tecnología limpia que involucra bioprocesos, reacciones químicas y precipitación de metales, minimizando el impacto de los vertimientos ácidos sobre suelos y cuerpos de aguas. Los reactores bioquímicos pasivos son columnas empacadas con una "mezcla reactiva" conformada por materiales orgánicos, inorgánicos y un inóculo microbiano. En esta mezcla se remedia el DAM por medio de procesos fisicoquímicos como la adsorción, precipitación, coprecipitación de los metales y de la reducción del sulfato a sulfuro, mientras se incrementa el pH y la alcalinidad. Con el fin de brindar información reciente, así como las necesidades de investigación en el tema, este documento presenta una revisión de literatura sobre la generación química y biológica de los DAM, así como su remedición utilizando reactores bioquímicos pasivos. El conocimiento de los conceptos básicos de estos procesos es extremadamente útil para evaluar las posibles aplicaciones, beneficios y limitaciones de estos sistemas de tratamiento utilizados por la biotecnología durante la biorremediación de efluentes mineros.

ABSTRACT Acid Mine Drainage (AMD) is currently the main pollutant in mining areas. Passive biochemical reactors are a sustainable technology easy to install using agro-industry waste from the mining region and operating in remote locations. Besides, bioreactors are clean technology that involves bioprocesses, chemical reactions, and metal precipitation, minimizing the impact of AMD on soils and fresh water sources. The passive biochemical reactors are columns packed with a "reactive mixture" consisting of organic, inorganic materials and a microbial inoculum. In this reactive mixture, AMD is remediated through physicochemical processes such as metals adsorption, precipitation, and co-precipitation, as well as, the reduction of sulfate to sulfur, while pH and alkalinity are in-creased. To provide recent information and research needs in the subject, this document presents a review of the literature about the chemical and biological generation of AMD and its remediation using passive biochemical reactors. The knowledge of the basic concepts of these processes is extremely useful to evaluate the possible applications, benefits and limitations of these treatment systems used by biotechnology during the bioremediation of mining effluents.

Anaerobic co-digestion of the organic fraction of urban solid waste and its leachate

RESUMEN Los residuos sólidos urbanos (RSU), al ser vertidos sin tratamiento apropiado, ocasionan daños severos al medio ambiente influyendo en la calidad de vida de la población; por esta razón actualmente se le presta atención al adecuado manejo de estos residuos. En este trabajo se estudia la reducción de la fracción orgánica (FORSU), de residuos sólidos generados por un grupo poblacional, tomando como referente una de las residencias estudiantiles de la Universidad de Oriente. La generación de FORSU en la residencia es de 0,06 kg/habdía, con un contenido de sólidos totales de 30,9 ± 5,3 %, de los cuáles el 81,7 ± 0,6 % son sólidos volátiles. Se evalúa la digestión anaerobia la FORSU, mediante un sistema de tratamiento en dos etapas. La primera etapa se realiza en un reactor en lote de lecho escurrido, que permitió un tratamiento discontinuo e in situ de la FORSU, en co-digestión anaerobia con un 25 % de estiércol vacuno. En una segunda etapa, se evalúa el tratamiento anaerobio para los lixiviados que se generan en el reactor en lote, empleando un reactor UASB. En el reactor en lote se alcanzó una remoción de sólidos volátiles del 44,1 %, mientras que en el reactor UASB se removió un 81,2 % de DQO. Como resultado la evaluación del sistema de tratamiento, se alcanzó una productividad total de 5,37 LCH4-kgSV -1-d-1.

ABSTRACT Urban solid waste (MSW), when are discharged without proper treatment, causes severe damage to the environment, influencing the population's quality of life. For this reason, attention is currently paid to the proper handling of this waste. This paper studies the reduction of the organic fraction of solid waste (OFMSW), generated by a population group, taking as reference one of the Student Residences of the Universidad de Oriente. The generation of OFMSW in the residence is 0.06 kg/inhabday, with a total solid content of 30.9 ± 5.3%, of which 81.7 ± 0.6% are volatile solids. The anaerobic digestion of OFMSW is evaluated through a two-stage treatment system. The first stage is performed in a drained-bed batch reactor, which allowed discontinuous and in-situ treatment of OFMSW, in anaerobic co-digestion with 25% of cow manure. In a second stage, the anaerobic treatment for the leachates generated in the batch reactor is evaluated, using a UASB reactor. In the batch reactor a removal of volatile solids of 44.1% was achieved, while in the UASB reactor 81.2% of COD was removed. As a result of the evaluation of the treatment system, total productivity of 5.37 L CH4 -kgSV -1-d-1 was achieved.