ISSN: 2500-8706

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TRANSFORMADOR

Volumen: 1 No. 1

Cartagena de Indias - Abril de 2016

La Investigación en Biotecnología Microbiana Ambiental

Aceites esenciales como herramienta biotecnológica:

Aportes a la Bioprospección regional

Biotecnología en el Sector Agroindustrial: Aplicación de la Biología Molecular en el Control de la Inocuidad Microbiológica de los Alimentos

Biotecnología Verde Aplicada al Sector Cacaotero

Gobernación de Sucre "Sucre Progresa en Paz”

Gobernación del Archipielago San Andrés, Providencia y Santa Catalina

Alcaldía de Providencia y Santa Catalina Islas - San Andrés

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TRANSFORMADOR Informe Trimestral

Volumen: 1 No. 1 Cartagena de Indias - Abril de 2016 Director JORGE DEL RÍO CORTINA

CONTENIDO

Consejo Editorial JUDITH HERRERA

Editor General GIOVANNY GONZÁLEZ Coordinación Editorial LUIS GUILLERMO FUENTES SILVA Colaboradores CLAUDIA DÍAZ MENDOZA KETHERINE PRADA EDUARDO GONZÁLEZ SÁNCHEZ JORGELINA PASQUALINO

Fotografía ARCHIVO Diseño y Diagramación JUAN G. LEIVA DE ORO

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La Investigación en Biotecnología Microbiana Ambiental Research in Environmental Microbial Biotechnology Biotecnología en el Sector Agroindustrial: Aplicación de la Biología Molecular en el Control de la Inocuidad Microbiológica de los Alimentos

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Portada JUAN G. LEIVA DE ORO

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Director de Investigaciones Fundación Universitaria Tecnologico Comfenaco - Cartagena ZILAT ROMERO Directora de Investigaciones Universidad Libre JESÚS OLIVERO Director de Investigaciones Universidad de Cartagena

Aceites esenciales como herramienta biotecnológica: Aportes a la Bioprospección regional

Página

Directora de Investigaciones Universidad Rafael Núñez

EDUARDO FLOREZ JASPE Vicerrector Unicolombo RAINEL MENDOZA GARRIDO

ISSN: 2500-8706

El CUEE Caribe Nodo - Bolívar no se hace responsable de las opiniones expresadas por sus colaboradores

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Biotecnología Verde Aplicada al Sector Cacaotero

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Aceites esenciales como herramienta biotecnológica:

Aportes a la Bioprospección regional

El ser humano en su desarrollo evolutivo ha aprovechado las facultades y beneficios de la flora y fauna presente en los ecosistemas en donde se desenvuelve (1,2). (1), (2). Es conocido que desde los años 8000 A.C, en Asia ya era común la utilización de las plantas con fines medicinales, artísticos y ornamentales (3,4).(3)(4) En Egipto fueron generados documentos médicos como el papiro Ebers, con cientos de fórmulas para la preparación “fármacos”. La síntesis de compuestos derivados de las plantas permitió al mundo occidental tanto el aprovechamiento de las moléculas con la actividad deseada, como la producción en grandes cantidades de moléculas fabricadas con base en la estructura química de los compuestos activos de los extractos vegetales, aminorando los costos en la producción y acortando los tiempos de generación de la molécula (4,5). (4) (5).

Tirado-Ballestas, I1., Tirado-Ballestas, O2. Bact. MSc. Mauricio Orozco-Ugarriza3 Bacterióloga, Esp., MSc., Estudiante PhD. Grupo de Química Ambiental y Computacional de la Universidad de Cartagena Ingeniero Químico, Esp. MSc. Universidad Tecnológica de Bolívar Bacteriólogo. MSc. Universidad de San Buenaventura, Cartagena – Colombia. Grupo de investigación en Microbiología y Ambiente (GIMA), Cartagena – Colombia.

Las plantas con características aromatizantes eran particularmente atractivas. Las mismas mostraron propiedades asépticas, antibacteriales, conservantes y antioxidantes entre otras, por lo cual el uso de las mismas fue creciendo de manera exponencial. Dichas plantas son conocidas como plantas aromáticas y tienen un rol emergente, puesto que es un hecho que los extractos de las mismas son mucho más eficaces y efectivos que los productos sintéticos que lideran la economía global (5). Entre los metabolitos secundarios de las aromáticas, destaca un grupo especial. Estos son los aceites esenciales (AE) (5,6). (5) (6) Los aceites son mezclas complejas de hasta 500 componentes terpénicos con diversas propiedades y cuya industria mueve importantes sumas de dinero. Se estima que mundialmente se generan más de 150.000 Ton/año. El negocio de los AE es bastante rentable: las ventas de superan los 4 billones de dólares anuales, siendo la empresa suiza Givaduan, líder del negocio (5,7,8). (5) (7) (8) Entre las bioactividades más ampliamente descritas de estas sustancias, destaca la actividad antimicrobiana. Los AE tienen la capacidad de inhibir el crecimiento y proliferación de microorganismos altamente patógenos que en la actualidad generan problemas de salud que aumentan la incidencia de infecciones intrahospitalarias (9). También han sido probados como agentes

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antimicóticos, lo cual es muy prometedor puesto que los hongos son organismos bastante resistentes que una vez infestan cultivos, almacenes de alimentos o incluso pacientes con enfermedades de base que bajan su sistema inmune, por lo general causan daños irreparables o pérdidas totales de cosechas (5,9-18). La necesidad de nuevas alternativas de tratamiento contra estos hace imperativo continuar con estos ensayos in vitro que prometen, según los resultados que aún son generados por expertos, ser la nueva tendencia de tratamiento. Otra actividad muy estudiada es la capacidad de los aceites de repeler insectos plaga, capaces de generar pérdidas millonarias en los cultivos de legumbres, frutas y verduras, de forma selectiva y natural, permitiendo que las proyecciones en el mantenimiento y conservación de la industria agrícola y alimenticia se lleve a cabo con el uso de productos naturales, eficientes, biodegradables y con blancos moleculares específicos contra los insectos plaga, como es el caso del Tribolium castaneum (18-24). Con respecto a la actividad antioxidante de los AE, es importante puntualizar que los mismos han sido reportados con actividad neutralizante de radicales libres incluso por encima del control (ácido ascórbico y vitamina E). Estos complejos son capaces de prevenir el estrés oxidativo generado por causas tanto endógenas como exógenas en el organismo (17,18,25-27), que se relacionan con problemas de iniciación y proliferación celular descontrolada, o en su defecto, exceso en la apoptosis o necrosis tisular. La Tabla 1 muestra algunos aceites esenciales con sus respectivas actividades biológicas reportadas en la comunidad científica.

tienen la característica de poseer diversos quimiotipos que se generan por las variaciones en las condiciones de crecimiento de la misma. Esto genera aún más variaciones en las cantidades y concentraciones de los componentes mayoritarios y minoritarios de las plantas, entre ellos, los AE. Es importante además destacar la labor de científicos nacionales especializados en el tema, los cuales han permitido conocer las riquezas biológicas con las que cuenta el territorio y abre nuevos caminos de explotación biológica (5). Desafortunadamente, la información sobre las plantas nativas del país aún es muy poca y se debe continuar profundizando estos conocimientos. Existe un programa apoyado por Colciencias para el desarrollo de la Biotecnología y la Agroindustria que en la actualidad tiene como objeto el avance en el conocimiento de las plantas autóctonas de la región para posible explotación. Este tipo de programas deben ser aprovechados por la comunidad académica y de esta manera aportar a la auto sostenibilidad y generación de industria desde el sector universitario (28). Es importante tener claridad en la rentabilidad y bioprospección del país en este sentido, puesto que además de generar oportunidades económicas, Colombia cuenta con especies desconocidas que podrían ser la clave para el desarrollo de medicamentos, productos de belleza o cosméticos que generen g randes beneficios a los consumidores de los mismos. En la actualidad no se conoce a ciencia cierta la dinámica respecto a los AE en el país (Figura 1).

Colombia, al ser un país rico en biodiversidad debido a su ubicación geográfica privilegiada, variedad de climas, ecosistemas, flora y fauna, es un potencial productor de aceites esenciales y productos derivados de esta industria. Cabe mencionar que nuestro territorio ocupa el 2° lugar en cuanto a biodiversidad de plantas a nivel mundial. Además, las plantas

En conclusión, Colombia es un país que amerita el estudio y explotación de las plantas medicinales puesto que posee todas las características que lo auguran como potencia en esta línea productiva. Los AE obtenidos de las plantas medicinales tienen alto valor agregado que podrían generar un aporte significativo al PIB del territorio.

CUEE TRANSFORMADOR Referencias Bibliográficas 1. Etnobotánica: Aprovechamiento tradicional de plantas y patrimonio cultural. Pardo, M. y Gómez, E. 1, 2003, Anales Jardín Botánico de Madrid, Vol. 60, págs. 172-182. 2. Maturana , H. R. y Varela, F. J. El árbol del conocimiento: las bases biológicas del conocimiento humano. Madrid : Debate, 1990. 3. Sharapin, N. Fundamentos de Tecnología de Productos Fitoterapéuticos. [ed.] R. Pinzón . 1. s.l. : Convenio Andrés Bello - Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, 2000. Vol. 1. 246. 4. Castro-Restrepo, D., y otros, y otros. Cultivo y Producción de Plnatas aromáticas y medicinales. 2. Rionegro : Universidad Católica de Oriente, 2013. pág. 93. 978-958-8385-73-0. 5. Stashenko, E. E. Aceites Esenciales. 1. Bucaramanga : Universidad Industrial de Santander - CENIVAM, 2009. 978-958-44-5944-2. 6. Essential oils: From extraction to encapsulation . El Asbahani , A., y otros, y otros. 1-2, 2015, International Journal of Pharmaceutics, Vol. 483, págs. 220-243. 7. Rasooli , I. y Allameh , A. Chapter 32 - Caraway (Carum carvi L.) Essential Oils . [ed.] V. R. Preedy. Essential Oils in Food Preservation, Flavor and Safety. San Diego : Academic Press, 2016, págs. 287-293. 8. Ríos, J. L. Chapter 1 - Essential Oils: What They Are and How the Terms Are Used and Defined . [ed.] V. R. Preedy. Essential Oils in Food Preservation, Flavor and Safety. San Diego : Academic Press, 2016, págs. 310. 9. Composición química y actividad antibacteriana del aceite esencial del Origanum vulgare (orégano). ALbado-Plaus, E., Saez-Flores, G. y GrabielAtaucusi, S. 1, 2001, Revista Médica Herediana, Vol. 12, págs. 16-19. 10. Antimicrobial activity of essential oil extracts of various onions (Allium cepa) and garlic (Allium sativum), LWT . Benkeblia, N. 2, 2004, Food Science and Technology, Vol. 37, págs. 263-268. 11. In-vitro antimicrobial activity and chemical composition of Sardinian Thymus essential oils. Cosentino, S., y otros, y otros. 2, 1999, Letters in Applied Microbiology, Vol. 29, págs. 130-135. 12. Essential Oils in the Control of Infections by Staphylococcus xylosus in Horses . Huerta, B., y otros, y otros. 2016 : s.n., Journal of Equine Veterinary Science, Vol. 38, págs. 19-23.

16. Mandarin essential oils inhibit quorum sensing and virulence factors of Pseudomonas aeruginosa, LWT . Luciardi, M. C., y otros, y otros. 2016, Food Science and Technology, Vol. 68, págs. 373-380. 17. Antioxidant and antimicrobial activity of the essential oil and methanol extracts of Achillea millefolium subsp. millefolium Afan. (Asteraceae). Candan, F., y otros, y otros. 2-3, 2003, Journal of Ethnopharmacology, Vol. 87, págs. 215-220. 18. Chemical composition and in vitro antimicrobial, insecticidal and antioxidant activities of the essential oils of Mentha pulegium L. and Mentha rotundifolia (L.) Huds growing in Algeria. Fatiha , B., y otros, y otros. Article In press, Industrial Crops and Products. 19. Repellent activity of essential oils from seven aromatic plants grown in Colombia against Sitophilus zeamais Motschulsky (Coleoptera). Nerio, L. S., Olivero-Verbel , J. y Stashenko, E. E. 3, 2009, Journal of Stored Products Research, Vol. 45, págs. 212-214. 20. Repellency and toxicity of essential oils from Cymbopogon martinii, Cymbopogon flexuosus and Lippia origanoides cultivated in Colombia against Tribolium castaneum. Caballero-Gallardo, K., Olivero-Verbel, J. y Stashenko, E. E. 2012, Journal of Stored Products Research, Vol. 50, págs. 62-65. 21. Chemical composition of essential oils extracted from six Murraya species and their repellent activity against Tribolium castaneum . You, Ch. X., y otros, y otros. 2015, Industrial Crops and Products, Vol. 76, págs. 681687. 22. Essential oils applied to the food act as repellents toward Tribolium castaneum. Olivero-Verbel, J., y otros, y otros. 2013, Journal of Stored Products Research, págs. 145-147. 23. Toxicity and antifeedant activity of essential oils from three aromatic plants grown in Colombia against Euprosterna elaeasa and Acharia fusca (Lepidoptera: Limacodidae). Hernandez-Lambraño, R., CaballeroGallardo, K. y Olivero-Verbel, J. 9, 2014 : s.n., Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine , Vol. 4, págs. 695-700. 24. The repellent and persistent toxic effects of essential oils against the poultry red mite, Dermanyssus gallinae. Nechita, I. S., y otros, y otros. 3-4, 2015, Veterinary Parasitology, Vol. 214, págs. 348-352. 25. ntioxidant activity and α-glucosidase inhibition by essential oils from Hertia cheirifolia (L.) . Majouli, M., y otros, y otros. 2016, Industrial Crops and Products, Vol. 82, págs. 23-28.

13. Antibiofilm activity of essential oils and plant extracts against Staphylococcus aureus and Escherichia coli biofilms. Bazargani, M. M. y Rohloff, J. 2016, Food Control, Vol. 61, págs. 156-164.

26. Comparative extraction processes, volatile compounds analysis and antioxidant activities of essential oils from Cirsium japonicum Fisch. ex DC and Cirsium setosum (Willd.) M.Bieb, LWT . Qiao-Hui , Z., y otros, y otros. 2016, Food Science and Technology, Vol. 68, págs. 595-605.

14. Antibacterial activity and mechanism of cinnamon essential oil against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Zhang, Y., y otros, y otros. 59, 2016, Food Control, págs. 282-289.

27. Variation of essential oil content and antioxidant activity of Lonicera species in different sites of China. Dong-Yang , Z., y otros, y otros. 2015, Industrial Crops and Products, Vol. 77, págs. 772-779.

15. Inhibitory effects of rosemary (Rosemarinus officinalis L.) essential oil on pathogenicity of irradiated and non-irradiated Pseudomonas aeruginosa . Araby, E. y El-Tablawy, S. Y. Article in press, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology.

28. García-Barriga, H. G. Flora Medicinal de Colombia Botánica Médica. Bogotá : Tercer Mundo, 1992. Vol. I y II.

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Tabla 1. Reportes de actividades biológicas de los aceites esenciales en varios campos de acción Bioac vidad Inhibición de Salmonella spp. Inhibición de Vibrio cholerae. Inhibición de Staphylococcus aureus Inhibición de Aspergillus spp. Inhibición de Pseudomonas aeruginosa

Inhibición de Candida sp. Inhibición de E. coli Inhibición de Aspergillus ssp.

Repelente contra Sitophilus zeamais Repelencia contra Tribolium castaneum

Ac vidad An feeding contra T. castaneum

Toxicidad contra Acharia fusca y Euprosterna elaeasa larvae Repelencia/Toxicidad contra D. gallinae Insec cida contra Rhyzopertha dominica Ac vidad An oxidante DPPH° reductor DPPH° reductor ABTS°+ reductor DPPH, ABTS, y FRAP ABTS°+ reductor

AE probado

Tipo de aislamiento

Efecto

Referencia

Óp mo Óp mo Óp mo Óp mo

(9) (5) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (11)

Óp mo

(11) (15) (16)

Óp mo Óp mo

(17) (11) (13) (14)

Óp mo

(18)

Óp mo

(19)

Óp mo

(20) (21)

Óp mo

(22)

Óp mo

(23)

Óp mo

(24)

Cepa estándar

Óp mo

(18)

N.A. N.A. N.A.

Óp mo Óp mo Óp mo

(17) (25) (18)

N.A. N.A.

Óp mo Óp mo

(26) (27)

Ac vidad An microbiana Origanum vulgare Cepa ATTC Origanum vulgare Cepa ATTC Allium cepa Cepa ATTC Allium sa vum Cinnamon 25923 Allium cepa Cepa ATTC Allium sa vum Allium cepa Cepa ATTC Allium sa vum Rosemarinus officinalis Citrus re culata Achillea millefolium Cepa ATTC Allium cepa Cepa ATTC Allium sa vum CInnamon 29212 Mentha pulegium L. Cepa ATTC Mentha rotundifolia Ac vidad Repelente Eucalyptus citriodora Cepa estándar Tagetes lucida Cymbopogon mar nii, Cepa estándar Cymbopogon flexuosus Lippia origanoides Murray sp. Cananga odorata, Tagetes Cepa estándar lucidaand Cymbopogon citratus Eucalyptus citridora Cymbopogon Cepa estándar nardus, Cymbopogon flexuosus and Cymbopogon mar nii Lavandula sp., Thymus sp., Cepa estándar Mentha pulegium L. Mentha rotundifolia Achillea millefolium Her a cheirifolia Mentha pulegium L. Mentha rotundifolia Cirsium japonicum Fisch Flos Lonicerae

Figura 1. Cultivo y producción mundial de plantas aromáticas. Tomado de (5). No hay datos específicos de actividad productiva en países como Colombia y Norte de América. 6

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La Investigación en Biotecnología Microbiana Ambiental

Research in Environmental Microbial Biotechnology

Echeverri, Gustavo Candidato a Doctor en Toxicología Ambiental. Docente-Investigador. Gestor Regional de Investigación e Innovación. Consultor Tecnológico. Líder Grupo de Investigación Microbiología y Ambiente, GIMA, Programa de Bacteriología. Universidad San Buenaventura-Cartagena. [email protected]. [email protected].

RESUMEN Hablar de Microbiología, de Medio Ambiente y de Biotecnologia separadamente, conlleva a altos niveles de complejidad para su entendimiento. Cada término, representa el estudio de una ciencia básica y aplicada, que por sí mismos necesitan de mucho estudio. Los tres conceptos, forman un triángulo que se llamara “triángulo vital”, que al cruzarlos establecen ciencias aplicadas específicas, como la Microbiología Ambiental, la Biotecnología Microbiana y Biotecnología Ambiental. Se hablara brevemente de la Biotecnología, Biotecnología Microbiana y Biotecnología Ambiental objeto de este escrito, pensando en la motivación de estudiantes, investigadores y empresarios para que pueda desarrollarse esta área y contribuya en la solución de problemas ambientales. PALABRAS CLAVES: Biotecnología Ambiental, Biotecnología Microbiana, Microbiología Ambiental. SUMMARY Speaking of Microbiology, Environmental and Biotechnology separately, leads to high levels of complexity for understanding. Each term, represents the study of basic and applied science, which themselves require much study. The three concepts form a triangle that was called "vital triangle", which applied sciences across specific sets, such as Environmental Microbiology, Microbial Biotechnology and Environmental Biotechnology, purpose of this writing, thinking on the motivation of students, researchers and businessmen, to be develop this area and contribute in solving environmental problems. KEYWORDS: Environmental Biotechnology, Environmental Microbiology, Microbial Biotechnology. 7

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INTRODUCCIÓN Buscar el camino o directriz para poder dar a conocer la complejidad en el tema de la Biotecnología Ambiental, genera con antelación la necesidad de entender tres conceptos fundamentales, que pueden ser llamados triángulo vital, para sentar una base sólida que permita su sustento (Ver Figura 1).

El anterior concepto permite iniciar una primera clasificación biotecnológica: Biotecnologia Animal Biotecnologia Vegetal Biotecnologia Microbiana Una Biotecnologia Animal, dedicada al aprovechamiento en la mejora de la seguridad alimentaria, permitiendo aumentar la producción de alimentos cárnicos, como de leche y sus derivados, en donde juega un papel muy importante la manipulación genética en la mejora de razas. En cuanto a la Biotecnologia Vegetal, también muy ligada a la seguridad alimentaria, en la mejora de la producción de alimentos agrícolas, mejorando resistencias a plagas y enfermedades, a condiciones agrestes del entorno, como a mejora de suelos desde el punto de vista nutricional. La Biotecnologia Microbiana, aprovecha los microorganismos en diferentes sectores de aplicación con prometedores desarrollos. Los sectores de aplicación específicos de la Biotecnologia, son:

Figura 1. Triángulo vital y ciencias específicas La Microbiología y el Medio Ambiente, permiten integrar la Microbiología Ambiental, que puede tener diferentes panoramas para su estudio, desde la Ecología como parte de los sistemas bióticos en ecosistemas terrestres y acuáticos; desde la Salud Pública, como indicadores de contaminación ambiental; y desde la Biotecnología, en donde los propios microorganismos que hacen parte de los sistemas bióticos, pueden ser aprovechados en beneficio del mismo ambiente. La Microbiología y la Biotecnología, generan la Biotecnología Microbiana, en donde se aprovechan los microorganismos como sistemas bióticos para ser aprovechados en la producción de bienes y servicios. La Biotecnología y el Medio Ambiente, generan la Biotecnología Ambiental, que con el uso de microorganismos, se tiene una Biotecnología Microbiana Ambiental, objeto de esta reflexión. BIOTECNOLOGÍA El uso de seres vivos o sistemas bióticos, es decir basados de la célula animal, la célula vegetal y la célula microbiana, como organismos procariotas y eucariotas, para ser aprovechados en la producción de bienes y servicios en beneficio del ser humano. 8

Sector Agropecuario Sector de Alimentos Sector Químico Sector Salud Sector Ambiental En el sector agropecuario, como sector primario, relacionado con los conceptos mencionados anteriormente y en función de una Biotecnologia Vegetal y Animal. En el sector de alimentos direccionado más al sector manufacturero o sector secundario, en la trasformación de alimentos en los diferentes subsectores, y procurando generar innovaciones de altísimo valor agregado, produciendo aditivos, proteína microbiana y enzimas, entre otros. En el sector químico también con una directriz industrial manufacturera y en procura del desarrollo de nuevos productos químicos con bajo impacto ambiental, como enzimas industriales, hormonas, vitaminas, combustibles y otras materias orgánicas. En el sector salud relacionado con la medicina, en desarrollos de diagnóstico, tratamiento, farmacología y epidemiologia. En el sector ambiental, tanto en la prevención en la fuente, como en la restauración de ambientes internos y externos contaminados, como también en el desarrollo de sustancias que permitan disminuir impactos en ambiente y salud de los seres humanos.

CUEE TRANSFORMADOR BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA Se fundamenta en la función microbiana, donde la fisiología, la bioquímica, la genética y la biología molecular microbiana, es el centro de estudio para el entendimiento de estos procesos y poder ser aplicados en las diferentes aéreas para su aprovechamiento biotecnológico. Los productos microbianos que se producen por las diferentes vías, pueden ser: Metabolitos primarios Metabolitos secundarios Enzimas. Los metabolitos primarios, que pueden ser intermediarios o productos finales, son esenciales para el crecimiento de los microorganismos, como azucares, aminoácidos, vitaminas, nucleótidos, ácidos orgánicos y alcoholes entre otros, que son producidos en la fase logarítmica de la curva de crecimiento microbiano. Los metabolitos secundarios, de bajo peso molecular, no son esenciales para su crecimiento, en donde se desconoce aún una función definida en su síntesis, producidos en la fase estacionaria, acumulándose en el medio, siendo un ejemplo conocido como el de los antibióticos. Las enzimas, ampliamente utilizadas y aplicadas en diferentes industrias y sectores, como alimentario, químico, salud, medio ambiente, agricultura, entre otros.

Desde la generación de tecnologías limpias sustentables Desde la presión social Desde la salud ocupacional Desde la legislación ambiental La Federación Europea de Biotecnologia, la clasifica para su desarrollo en: Biorremediacion Prevención Detección y monitoreo Ingeniería genética Desde la Biorremediacion, estudiando las aguas residuales y los efluentes industriales, el tratamiento de agua potable, los residuos gaseosos y el aire, el tratamiento de suelos y lodos, como los residuos sólidos. Desde la Prevención, temas de gran importancia en la mejora de procesos y la innovación de productos en la fuente. Con referencia a la Detección y el Monitoreo, enfocado a contaminantes ambientales, con grandes perspectivas de desarrollo en los biosensores; así mismo, la detección y el monitoreo de microorganismos usados para biorremediacion y para ver efectos ecológicos. En la Ingeniería Genética, se centra en el DNA recombinante y en los microorganismos modificados genéticamente. La Sociedad Española de Biotecnologia, SEBIOT, tiene un enfoque con aplicación a problemas en:

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL La Sociedad Internacional de Biotecnologia Ambiental la define como el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos para la remediación de entornos contaminados (tierra, aire, agua) y para procesos amigables con el entorno natural (tecnologías verdes y desarrollo sustentable). La Biotecnologia ambiental tiene unas áreas de enfoque, como: Desde el tratamiento de residuos para el control de la contaminación

En Biodiversidad En Eliminación de Contaminantes En Energía y Medio Ambiente En Tecnologías Limpias En Organismos Modificados Genéticamente Cada una de estas visiones, tiene puntos en común, sobre todo en la intervención de emplazamientos contaminados y en la prevención en la fuente, para evitar la contaminación y minimizar los impactos ambientales. Hoy, en la era de la Biotecnologia Moderna, un punto central para trabajar es en los desarrollos de la Ingeniería Genética, con énfasis en los microorganismos modificados genéticamente.

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BIBLIOGRAFÍA ATLAS, R. Ecología Microbiana y Microbiología Ambiental (4 Ed.). Addison Wesley. 2002. BU'LOCK, J. ET AL. Biotecnología básica. Acribia. 1987. COINÉ, M. Microbiología del suelo. Paraninfo. 2000. EUROPEAN FEDERATION OF BIOTECHNOLOGY. Biotecnologia Ambiental. Obtenida el 17 de julio de 2011. En http://www.efb-central.org/index.php/Main/section_on_ environmental_biotechnology. 2011. GARCIA, M. ET AL. COMPILADORES. alimentaria. Limusa. (2000).

Biotecnología

JAGNOW, G. ET AL. Biotecnología: Introducción con experimentos modelos. Acribia. 1991. LEVIN, M. ET AL. Biotratamiento de residuos tóxicos y pelig rosos: Selección, estimación, modificación de microorganismos y aplicaciones. Mc Graw Hill. 1997. MADIGAN, M. ET AL. Brock: Biología de los Microorganismos (10 Ed.). Prentice Hall. 2004. PRESCOTT, L. ET AL. Microbiología (5 Ed.). Mc Graw HillInteramericana. 2000. RHEINHEIMNER, G. Microbiología de las aguas: Acribia. 1987. RONZANO, E. ET AL. Tratamiento biológico de aguas residuales. Díaz de Santos. 2002. SCRAGG, A. Biotecnología medioambiental. Acribia. 1999. SOCIEDAD ESPAÑOLA DE BIOTECNOLOGIA, SEBIOT. Biotecnologia y Medio Ambiente. Obtenida el 17 de julio de 2011 en http://www.sebiot.org/. 2011. TRESGUERRES, F. ET AL. Biotecnología aplicada a la medicina. Díaz de Santos. 2003. WALTER, J.M. ET AL. Biología molecular y biotecnología (2 Ed.). Acribia. 1997. WARD, O. Biotecnología de la fermentación: Principios, procesos y productos. Acribia. 1991. ZINSSER. Microbiología (20 Ed.). Editorial Médica Panamericana. 1996.

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Biotecnología en el Sector Agroindustrial:

Aplicación de la Biología Molecular en el Control de la Inocuidad Microbiológica de los Alimentos

Bact. MSc. Mauricio Orozco-Ugarriza 1,2 * Bact. Esp. MSc. Piedad Franco Anaya 1,2 ± Bact. MSc. Yenifer Olivo Martínez 1,3 Ī Universidad de San Buenaventura, Cartagena – Colombia. Grupo de investigación en Microbiología y Ambiente (GIMA), Cartagena – Colombia. Grupo de investigación traslacional en Biomedicina & Biotecnología (GITB&B), Cartagena – Colombia.

“La Biotecnología moderna es el motor del desarrollo económico, la competitividad y la innovación para el sector Agroalimentario en la Región Caribe” La Biotecnología es un paradigma tecnológico y por tanto tiene aplicaciones en distintos sectores, principalmente en el agrícola, salud humana y animal, y agroalimentario, este último, involucra toda la estructura productiva desde la producción de insumos y productos agrícolas, pasando por la industria de alimentos; Actualmente gracias al amplio conocimiento a nivel mundial sobre el Genoma y su organización, funcionalidad y regulación, el material g enético es posible no sólo modificarlo, sino también detectarlo, aunque se encuentre en concentraciones muy bajas, y esto ha permitido a través de las técnicas utilizadas en Biología Molecular diseñar métodos para detectar microorganismos patógenos en los alimentos, permitiendo solucionar de forma

eficiente, rápida y precisa las principales exigencias que representan los procesos de transfor mación y comercialización de productos agroalimentarios, fundamentalmente: La Trazabilidad e inocuidad Alimentaria (1-3). La inocuidad de los alimentos es un concepto estrechamente relacionado a la seguridad alimentaria, con muchos aspectos de las tecnologías de producción agraria, a la manipulación y elaboración de alimentos, definida como como “la garantía de que los alimentos no causarán daño al consumidor cuando se preparen y/o consuman de acuerdo con el uso al que se destinan”, para cumplirlo los esfuerzos se han centrado en aumentar la producción de alimentos sanos y seguros, utilizando nuevas tecnologías, buenas prácticas de manufactura, control de calidad y medidas de higiene y seguridad, como la implementación del análisis de riesgo y puntos críticos de control (HACCP), sin embargo las enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) siguen siendo responsables de una elevada morbilidad y en algunos casos de mortalidad, tanto en países desarrollados como en aquellos en vías de

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Informe Trimestral | Biotecnología

La Biotecnología es un paradigma tecnológico y por tanto tiene aplicaciones en distintos sectores, principalmente en el agrícola, salud humana y animal, y agroalimentario, este último, involucra toda la estructura productiva desde la producción de insumos y productos agrícolas, pasando por la industria de alimentos; Actualmente gracias al amplio conocimiento a nivel mundial sobre el Genoma y su organización, funcionalidad y regulación, el material genético es posible no sólo modificarlo, sino también detectarlo, aunque se encuentre en concentraciones muy bajas, y esto ha permitido a través de las técnicas utilizadas en Biología Molecular diseñar métodos para detectar microorganismos patógenos en los alimentos, permitiendo solucionar de forma eficiente, rápida y precisa las principales exigencias que representan los procesos de transfor mación y comercialización de productos ag roalimentarios, fundamentalmente: La Trazabilidad e inocuidad Alimentaria (1-3). La inocuidad de los alimentos es un concepto estrechamente relacionado a la seguridad alimentaria, con muchos aspectos de las tecnologías de producción agraria, a la manipulación y elaboración de alimentos, definida como como “la garantía de que los alimentos no causarán daño al consumidor cuando se preparen y/o consuman de acuerdo con el uso al que se destinan”, para cumplirlo los esfuerzos se han centrado en aumentar la producción de alimentos sanos y seguros, utilizando nuevas tecnologías, buenas prácticas de manufactura, control de calidad y medidas de higiene y seguridad, como la implementación del análisis de riesgo y puntos críticos de control (HACCP), sin embargo las enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) siguen siendo responsables de una elevada morbilidad y en algunos casos de mortalidad, tanto en países desarrollados como en aquellos en vías de desarrollo, generando cuantiosas pérdidas para los sistemas de salud, sanidad animal y la industria de los alimentos (1, 4, 5). Se han reportado alrededor de 250 agentes etiológicos de ETA, entre los que se incluyen agentes químicos, físicos y biológicos, siendo los agentes biológicos de origen bacteriano, mas importantes y mayor mente involucrados en brotes Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Campylobacter spp., Shigella spp. y Escherichia coli O157:H7(6, 7). La dinámica de la globalización y apertura de mercados y economías, la introducción de nuevos productos y procesos de fabricación, junto a la creciente demanda por alimentos listos para el consumo, requieren generalmente, de una cadena de producción con más etapas y compleja, factores que incrementan el riesgo de contaminación microbiológica (8). La magnitud epidemiológica a nivel global de las ETA es 12

mayoritariamente desconocida, existiendo en muchos países sólo estimaciones de su impacto. De acuerdo con datos reportados por la organización mundial de la salud (OMS), con la frecuencia se relaciona con una mortalidad de aproximadamente 2 millones de personas por enfermedad gastrointestinal, en su mayoría niños secundaria a la ingesta de agua y alimentos contaminados (5, 9). A nivel mundial una de las ETA´s asociadas a una elevada morbimortalidad por enfermedad diarreica en lactantes, niños y ancianos, es la salmonelosis, provocada por la bacteria Salmonella sp., trasmitida de los animales al ser humano tanto por la vía fecaloral, como por alimentos y agua (1, 7). La vigilancia de este patógeno en todas las etapas en la cadena de producción de alimentos, representa un factor importante en la investigación de la epidemiología de la salmonelosis. El mercado nacional e internacional, para garantizar la salud de los consumidores, exige que todos los productos estén libres de patógenos como Salmonella spp. La detección por métodos de cultivo microbiológicos tradicionales, toman de 4 a 6 días para la detección y la identificación de Salmonella spp., en función de dicho rendimiento, es necesario implementar pruebas de diagnóstico rápidas, sensibles y específicas en el control de la cadena de producción, antes de la liberación de los alimentos al mercado (10). El avance en el campo de la Biotecnología ha favorecido el desarrollo de diversos métodos diagnóstico alternativos, los cuales proporcionan ventajas en cuanto a rendimiento, sensibilidad, especificidad y disminución del tiempo de detección (9). Estos métodos rápidos, están basados en la determinación de ácidos nucleicos y consisten básicamente en la identificación del DNA que se encuentra en el alimento y generalmente para analizar o identificar un DNA determinado se utilizan en biología molecular dos tipos de técnicas: unas basadas en la hibridación con sondas específicas o en la amplificación de secuencias específicas del DNA, tal es el caso de la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la técnica PCR-TR (real time PCR), ambas tecnologías moleculares basadas en la amplificación in vitro del ADN (11, 12). En respuesta a las necesidades anteriormente descritas la Universidad de San Buenaventura a través de del Grupo de Investigación Microbiología y Ambiente “GIMA”, cuenta con una trayectoria investigativa de más de 10 años en el campo de la Seguridad Alimentaria e implementación de programas de gestión de la calidad en el sector Agroalimentario, prestando servicios al sector empresarial que integran la Academia, la Investigación e innovación y la Proyección Social mediante el Laboratorio de Control de Calidad Microbiológico de los Alimentos, donde actualmente se llevan a cabo pruebas para la detección de patógenos por métodos microbiológicos convencionales y desde investigaciones aplicadas actualmente

CUEE TRANSFORMADOR en curso se están desarrollando métodos alternativos basados en la Biología Molecular para la detección de microorganismos como Salmonella spp., Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM) y la caracterización molecular de aislamientos de Staphylococcus aureus enterotoxigénicos. La implementación de estas pruebas moleculares permitirá realizar verificaciones y controles de la salmonelosis y la presencia de las diferentes cepas de Staphylococcus aureus. Por su rapidez y precisión, éstas serán unas herramientas fundamentales para lograr la comercialización internacional de productos, cumpliendo una de las normas de control sanitario exigidas para dicho propósito. Es necesario seguir ampliando el número de pruebas disponibles para su aplicación en el sector empresarial, demás seguir promoviendo desde la investigación formativa la transición a la aplicación o desarrollo de nuevos conceptos basados en los resultados obtenidos desde la investigación. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Torrens HR, Argilagos GB, Cabrera MS, Valdés JB, Sáez SM, Viera GG. Las enfermedades transmitidas por alimentos, un problema sanitario que hereda e incrementa el nuevo milenio. REDVET Revista Electrónica de Veterinaria. 2015;16(8):1-27. 2. Pinilla E. Herramientas para la competitividad a partir del uso de la biotecnología. Economía y Desarrollo. 2004;3(2). 3. GONZALES CA, VILLA LATORRE JM, BRAVO JE. La biotecnología como visión de empresa. Biotecnología en el sector agropecuario y agroindustrial. 2010;8(1):83-92. 4. Jorquera D, Galarce N, Borie C. El desafío de controlar las enfermedades transmitidas por alimentos: bacteriófagos como una nueva herramienta biotecnológica. Rev Chilena Infectol. 2015;32(6):678-88. 5. Mejia Aguero LE. Siguiendo las “Cinco claves para la Inocuidad de los Alimentos” de la Organización Mundial de Salud (OMS), y educando en cuanto a las enfermedades transmitidas por alimentos, tomamos acción para prevenir y detectar la aparición de enfermedades infecciosas de origen alimentario. 2015. 6. Franco Anaya PA, Ramírez Medina LM, Orozco Ugarriza ME, López Gutiérrez LA. Determinación de Escherichia Coli e identificación del serotipo O157:H7 en carne de cerdo comercializada en los principales supermercados de la ciudad de Cartagena. Revista Lasallista de Investigación. 2013;10:91-100.

7. Barrantes K, Achí R. Artículo original Calidad microbiológica y análisis de patógenos (Shigella y Salmonella) en lechuga. Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología. 2011;31(1):31-6. 8. Palomino-Camargo C, González-Muñoz Y. Técnicas moleculares para la detección e identificación de patógenos en alimentos: ventajas y limitaciones. Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica. 2014;31(3):535-46. 9. Pedraza JG, Sanandres NP, Varela ZS, Aguirre EH, Camacho JV. Aislamiento microbiológico de Salmonella spp. y herramientas moleculares para su detección. Salud Uninorte. 2014;30(1):73-94. 10. Acosta L, Pinedo J, Hernández E, Villarreal J. Comparación de los métodos de inmunoensayo enzimático automatizado (VIDAS) y PCR para la detección de Salmonella spp. en expendios de la ciudad de Santa Marta (Colombia). Salud Uninorte. 2013;29(2):174-82. 11. Pérez C, Sánchez M, Henao S, Cardona-Castro N. Estandarización y evaluación de dos pruebas de Reacción en Cadena de la Polimerasa para el diagnóstico de Salmonella enterica subespecie enterica en huevos. Archivos de medicina veterinaria. 2008;40(3):235-42. 12. Camacho JV, Varela ZS, San Andrés NP, Prieto LV, Lanchero RJ, Torregroza DV, et al. Reacción en cadena de la polimerasa para la detección de Salmonella sp. en leche en polvo: Optimización del método en 12 horas. Salud Uninorte. 2008;24(2):216-25. * Mauricio Ernesto Orozco Ugarriza, Bacteriólogo, Magister en Genética. Docente Investigador Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad de San Buenaventura, Cartagena Colombia. Correo: [email protected] – [email protected]. Teléfono: +57 + 5 + 317-8172583. ± Piedad Astrith Franco Anaya. Bacterióloga, Especialización en Aseguramiento de la Calidad Microbiológica de Alimentos. Maestría en Administración con Especialidad en Sistemas Integrales de Gestión de Calidad, Seguridad, Medio Ambiente. Docente Investigador Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad de San Buenaventura, Cartagena Colombia. Correo: [email protected] Ī Yenifer olivo Martínez, Bacteriólogo, Magister en Bioquímica Clínica. Docente Investigador Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad de San Buenaventura, Cartagena Colombia. Correo: [email protected] Teléfono: +57 + 5 + 316-8283674.

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Biotecnología Verde Aplicada al Sector Cacaotero

La calidad del cacao se ve afectada por diversas causas entre ellas las prácticas agrícolas y las condiciones climáticas. En la industria del cacao, se aplican herramientas biotecnológicas con el fin de buscar mejoras genéticas en la planta que repercuten en una mejor propagación, mayor resistencia y aumento de la vida de anaquel, o en su defecto aplicaciones biotecnológicas durante las diferentes etapas del beneficio que mejoran sus características organolépticas y por lo tanto aporten una mejor calidad, lo cual repercute en una mayor competitividad con los mercados instalados. La intensidad aromática y la acidez del cacao se ven afectadas por el retraso en el desgrane de las mazorcas, disminuyendo la intensidad 14

Sonia Liliana Gómez Prada Ingeniera de Alimentos, Esp. Evaluación sensorial Alimentaria, Msc. Ciencias de la Educación Docente Programa de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Arquitectura, Artes y Diseño. Universidad de San Buenaventura, Seccional Cartagena [email protected]

aromática del cacao con el almacenamiento, pero el aroma también depende de la variedad, la madurez del fruto y del tratamiento post-cosecha (Guzmán & Gómez, 2014). La aplicación de procesos biotecnológicos durante la etapa del beneficio permite el desarrollo del aroma típico del cacao. En efecto, durante el beneficio los compuestos volátiles como las pirizinas y los aldehídos le incorporan sabores básicos a los granos de cacao, los esteres producen sabores frutales, los compuestos polifenólicos proporcionan la astringencia, las purinas son traducidas en el amargo, el complejo polipéptido-fenol y pirazina, le otorgan el sabor a dulce y nuez del cacao (Jeanjean, 1995). A lo largo del proceso de fermentación, que dura alrededor de 7 días, se suceden un amplio rango de levaduras y bacterias fermentadoras, que se multiplican en la pulpa presente en los granos. La fermentación aumenta la temperatura hasta 50ºC con la consecuente producción de etanol, ácido acético y ácido láctico, los cuales inciden en el color y volumen del grano. En

CUEE TRANSFORMADOR el interior del grano, se forman los precursores del sabor y de aromas característicos al tiempo que se reduce el amargo y la astringencia. Si la fermentación excede a este tiempo, se producen daños en el grano; si es inferior, puede adquirir un sabor desagradable y atraer microrganismos que inician procesos de putrefacción. Para tener más control sobre todos los aspectos que involucran las prácticas agrícolas y los efectos agroclimáticos en Bolívar, el CONSEJO NACIONAL CACAOTERO, integrado por Ministerio de agricultura y desarrollo rural, el Ministerio de Comercio Industria y Turismo, Corpoica, FNC (Federación nacional de cacaoteros), Asociación de productores de cacao del Sur de Bolivar (APROCASUR), Cooperativa Ecocacao, Compañía Nacional de Chocolates, Casa Luker, Colombina S.A., Chocolate Girones y ANDI, entre otros, han invertido esfuerzos y recursos en I+D para generar conocimientos más detallado de estos procesos y ha

direccionado sus acciones para incrementar la producción con nuevas siembras (Clones – sistema agroforestal), campaña control de Monilia y renovación de plantaciones/ rehabilitación. Como recomendación, se espera que la biotecnología aporte también en el campo de la transformación de características intrínsecas del cacao, mejorando las condiciones nutricionales, potencializando sus ya conocidas propiedades antioxidantes, elevando el contenido de vitamina C, fibra e incluso serotonina, o regulando de manera precisa los mediadores lipídicos de acción prevalentemente holócrina y parácrina colectivamente conocidos como endocanabinoides, con efectos de regulación del humor o antidepresivo; ello repercutirá en la seguridad alimentaria, en el mejoramiento de la salud del consumidor y en la mayor competitividad del cacao de Bolívar con otros mercados.

BIBLIOGRAFÍA Jeanjean, N. (1995). Influence du génotype, de la fermentation et de la torréfaction sur le développement de l'arôme cacao. Rôle des précurseurs d'arôme = Influence of genotype, fermentation and roasting on cocoa flavour development. (Thèse doctorat). Université de Montpellier. France. Guzmán, J. & Gómez, S. (2014). Evaluación sensorial de cacao (Theobroma cacao L.) cultivado en la región del sur del departamento de Bolívar (Colombia). Revista de Investigación Agraria y Ambiental (5) 12, pp:235 15

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