Aplicaciones biotecnológicas de los microorganismos / Biotechnological applications of microorganisms

Resumen La biodiversidad de los microorganismos así como la naturaleza única y las capacidades biosintéticas en condiciones ambientales específicas hacen que los microorganismos sean los probables candidatos para resolver problemas de escases de alimentos, contro de plagas, biodegradación de los xenobióticos, descomposición de la basura, las pilas de desechos producidas, entre otros. Los microorganismos ofrecen un gran potencial para la exploración de moléculas y procesos, y el conocimiento de las especies no convencionales, especialmente dentro del grupo Archaea, ha estimulado la investigación molecular de genes de interés. Estos nuevos genes pueden incorporarse mediante tecnología recombinante en especies biológicamente conocidas, como E. coli y S. cerevisiae, para la síntesis a gran escala de productos. La microbiología tecnológica tiene grandes potenciales para explorar y obstáculos por superar. Por lo tanto, solo la investigación en esta área resulta prometedora para científicos en todo el mundo. En la presente revisión se presentan las aplicaciones más significativas de los microorganismos en la industria de alimentos, la agricultura, compuestos químicos, combustibles, farmacología y materiales.

Abstract The biodiversity of microorganisms as well as the unique nature and biosynthetic capabilities in specific environmental conditions make microorganisms the likely candidates to solve problems of food shortages, pest control, biodegradation of xenobiotics, decomposition of garbage, batteries of produced waste, among others. Microorganisms offer great potential for the exploration of molecules and processes, and knowledge of non-conventional species, especially within the Archaea group, has stimulated the molecular investigation of genes of interest. These new genes can be incorporated by recombinant technology into biologically known species, such as E. coli and S. cerevisiae, for the large-scale synthesis of products. Technological microbiology has great potentials to explore and obstacles to overcome. Therefore, only research in this area is promising for scientists around the world. In this review we present the most significant applications of microorganisms in the food industry, agriculture, chemical compounds, fuels, pharmacology and materials.

Silvopastoral System Economical and Financial feasibility with Jatropha curcas L. in Manabí, Ecuador / Viabilidad económica y financiera de sistemas silvopastoriles con Jatropha curcas L. en Manabí, Ecuador

ABSTRACT Objective. To assess the economic and financial feasibility of traditional silvopastoral systems for the biofuels production as a contribution to the sustainability of "Piñón for Galapagos" project. Materials and methods. A survey was conducted to 450 small livestock producer in 10 cantons of the Manabí province in order to collect basic agronomic knowledge, management, establishment and costs involved in production of the Piñón ((Jatropha curcas L.)/Savoy (Megathyrsus maximus) silvopastoral systems. For Piñón CP041 production recording plantation in live fence were stablished and for the tradition Piñón, the production of 10 sites were recorded, both systems since 2009. With those data were calculated the following economic indicators: ratio benefit/cost, net present value (NPV), internal rate ratio (IRR) and land expectation value (LEV). Results. The study exhibited a production decrease of Piñón with the passage of time. The CP041 INIAP improved silvopastoral system Piñón showed a B/C 1.07, NPV of USD$ 404.11, LEV US$ 970.23 and IRR of 18%. Followed by silvopastoral system with a local Piñón with a B/C 1.06, NPV of USD$ 363.66, LEV USD$ 873.10 and IRR of 17% and finally silvopastoral system without harvesting Piñón with a B/C 1.05, NPV of USD$ 285.72, LEV USD$ 685.99 and IRR of 15%. Conclusions. The alternative biofuels production was the silvopastoral systems (INIAP CP041)/Savoya in Manabí and is economically feasible. This system does not compete for arable land for food production and would not affect food security.

RESUMEN Objetivo. Evaluar la viabilidad económica y financiera de los sistemas silvopastoriles tradicionales para la producción de Biocombustibles como aporte a la sostenibilidad del proyecto "Piñón para Galápagos". Materiales y Métodos. Se llevaron a cabo encuestas a 450 pequeños productores ganaderos de 10 cantones de la provincia de Manabí con la finalidad de colectar información agronómica, manejo, costos implicados en establecimiento y producción de los sistemas silvopastoriles vigentes de Piñón (Jatropha curcas L.)/Saboya (Megathyrsus maximus). Para recopilar datos de producción del Piñón establecido en cercas vivas de Piñón INIAP CP041 e igualmente se registró la producción de sistemas en 10 sitios, desde el año 2009. Con estos datos se calcularon los siguientes indicadores financieros radio beneficio/costo (B/C), valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) y valor de expectativa de la tierra (VET). Resultados. El estudio mostró una disminución de la producción del Piñón con el transcurso del tiempo. El sistema silvopastoril mejorado con Piñón INIAP CP041 mostró B/C 1.07, VAN de USD$ 404.11, VET USD$ 970.23 y TIR de 18%. Seguido del sistema silvopastoril con Piñón local con un B/C 1.06, VAN de USD$ 363.66, VET USD$ 873.10 y TIR de 17% y finalmente sistema silvopastoril sin cosecha del Piñón con un B/C 1.05, VAN de USD$ 285.72, VET USD$ 685.99 y TIR de 15%. Conclusiones. La alternativa de producción de biocombustibles con sistemas silvopastoriles Piñón (INIAP CP041)/Saboya en Manabí es el sistema de mayor rentabilidad y no competiría por superficies de cultivo para la producción de alimentos, sin afectar a la seguridad alimentaria.

Subproduto do biodiesel na alimentação de ruminantes: o caso da glicerina / By-product of biodiesel in ruminant feeding: the case of glycerin / Subproduto de biodiesel en la alimentación de rumiantes: el caso de la glicerina

O Brasil, devido à sua expansão territorial e variação climática, apresenta uma grande diversidade de grãos oleaginosos, o que possibilita a produção de biocombustíveis. O biodiesel é obtido a partir de matérias-primas vegetais ou animais e vem ganhando destaque devido à instabilidade dos preços do petróleo e principalmente, em consequência às pressões ambientais. Durante a produção do biodiesel, há a geração de subprodutos, e dentre eles destaca-se a glicerina, que vem sendo amplamente estudada na cadeia de produção animal, mostrando-se como uma excelente fonte energética alternativa, podendo substituir ingredientes mais onerosos na produção de rações, como o milho. No entanto, seu uso deve ser feito com cautela, sendo necessário conhecer sua composição visando à correta aplicação, uma vez que a qualidade da glicerina produzida industrialmente pode ser muito variável, influenciando dessa forma os resultados a serem obtidos.

Brazil due to its territorial expansion and climate change, presents a wide variety of oilseeds, which enables the production of biofuels. Biodiesel is obtained from vegetable or animals raw materials and is gaining prominence due to the instability in oil prices and mainly due to environmental pressures. During the production of biodiesel, there is the generation of by-products, and among them there is the glycerin, which has been widely studied in animal production chain, showing up as a great alternative energy source that can replace more expensive ingredients in feed production, such as corn. However, its use should be done with caution being necessary to know its composition with a view to correct application, since the quality of industrially produced glycerin can be very variable, thus influencing the results to be obtained.

Debido a su expansión territorial y el cambio climático, Brasil presenta una amplia variedad de semillas oleaginosas, lo que permite la producción de biocombustibles. El biodiesel es obtenido a partir de materias primas vegetales o animales, por lo que está ganando importancia debido a la inestabilidad de los precios del petróleo y principalmente, a las presiones ambientales. Durante la producción de biodiesel, son generados subproductos, entre ellos la glicerina, la cual, ha sido ampliamente estudiada en la cadena de producción animal, apareciendo como una gran fuente energética alternativa, pudiendo sustituir los ingredientes más caros en la producción de raciones, como el maíz. Sin embargo, su uso debe hacerse con precaución, siendo necesario conocer su composición, con el fin de utilizarla correctamente, ya que la calidad de la glicerina producida industrialmente puede ser muy variable, influyendo así en los resultados a ser obtenidos.

Análisis bioético desde la perspectiva de VT Potter a los discursos de Álvaro Uribe Vélez relacionados con la implementacin de la producción de biocombustibles en Colombia / Bioethical analysis from the perspective of VT Potter to Álvaro Uribe speeches on the implementation of biofuels in Colombia / Análise bioética da perspectiva de VT Potter para os discursos de Álvaro Uribe sobre a implementação de biocombustíveis na Colombia

En Colombia durante las últimas décadas se ha implementado la producción de biocombustibles como una alternativa a la utilización de combustibles fósiles, se busca que nuestro país se convierta en uno de los primeros productores, razón por la cual el gobierno ha trabajado lo necesario para lograrlo. Uno de los principales promotores del desarrollo de los biocombustibles en Colombia ha sido el expresidente Álvaro Uribe Vélez, es por ello que en este trabajo se hace un análisis desde la perspectiva de la bioética de Van Rensselaer Potter a discursos pronunciados por el expresidente durante su mandato, con el fin de elucidar si se encuentran posturas bioéticas. Para el desarrollo de la investigación se utilizó la metodología del análisis del discurso, encontrándose que en los planteamientos de Uribe Vélez sí se encuentran posturas bioéticas, aunque también se perciben contradicciones frente al manejo que da al concepto de naturaleza.

In Colombia in recent decades has been implemented biofuel production as an alternative to fossil fuel use, it is intended that our country become one of the leading producers and for this the government has worked to the extent necessary to achieve it. One of the major promoters of the development of biofuels in Colombia has been the president Alvaro Uribe is why in this paper is an analysis from the perspective of bioethics Van Rensselaer Potter to expresident speeches, in order to elucidate if they are bioethical positions. For the development of the research methodology was used discourse analysis, finding once applied this, that speeches by Uribe Velez are bioethical positions, but also perceived contradictions about the management which gives the concept of nature.

Na Colômbia, durante as últimas décadas tem sido implementada a produção de biocombustíveis como alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Procura que o nosso país se torna um dos primeiros produtores, para que o governo tem trabalhado. Um dos principais promotores do desenvolvimento dos biocombustíveis na Colômbia foi o antigo presidente Álvaro Uribe Vélez; portanto, este trabalho faz uma análise na perspectiva da bioética de Van Rensselaer Potter para discursos entregues pelo antigo presidente durante seu mandato, a fim de elucidar se são posições bioéticos. O desenvolvimento da pesquisa foi a metodologia de análise do discurso, encontrado nas abordagens de Uribe Vélez são posições bioéticas, mas encontrando também percebida contradições diante de gestão que dá ao conceito de natureza.

Producción de boodiesel a partir de microalgas:parámetros del cultivo que afecctan la producción de íípidos / Biodiesel Production from Microalgae: Cultivation Parameters that Affect Lipid Production

Las microalgas poseen la capacidad para mitigar las emisiones de CO2 y producir lípidos, por lo que se consideran con potencial para la obtención de biocombustibles de tercera generación. La presente revisión proporciona información actualizada de la influencia de las condiciones de cultivo, sobre la obtención de lípidos con una productividad elevada y perfil adecuado para la producción de biodiesel, se proporciona una síntesis de resultados de investigaciones realizadas en los últimos 13 años en diversas partes del mundo. En la literatura consultada, los autores concluyen que aunque el comportamiento de las microalgas ante condiciones de estrés fisiológico es variable entre especies; la limitación de nutrientes especialmente nitrógeno y fósforo, asociado al crecimiento heterotrófico o a altas intensidades luminosas en fototrofía se consideran como las estrategias más eficientes para incrementar el contenido de lípidos en las microalgas, en particular de triglicéridos constituidos por ácidos grasos saturados y monoinsaturados, ideales para la producción de biodiesel. De igual forma, señalan que la presencia de pequeñas cantidades de CO2 y la cosecha de la biomasa en la fase estacionaria de crecimiento, incrementan el contenido de lípidos y disminuyen el número de insaturaciones de los ácidos grasos que lo conforman.

The microalgae have the capacity to mitigate CO2 emissions and to produce lipids, which are considered with potential to obtain third-generation biofuel. This review provides updated information of the influence of culture conditions on the lipids production with high productivity and profile suitable for the biodiesel production. This document presents a compilation of research conclusions over the last 13 years around the world. In the literature consulted, the authors conclude that although the behavior of microalgae at physiological stress conditions, varies between species; the nutrients limitation, especially nitrogen and phosphorus, associated with heterotrophic growth or high irradiances in phototrophy are considered the most efficient strategies to increase the lipid content in microalgae, particularly triglycerides (consisting of saturated and monounsaturated fatty acids), which are excellent for the production of biodiesel. Also, it is reported that the lipid content increase and the number of unsaturated fatty acids decrease with the addition of small amounts of CO2 and harvesting the biomass it the stationary phase of growth.

Peanut cake concentrations in massai grass silage / La harina de cacahuete en el ensilaje de hierba Massai

Objective. This experiment was conducted to evaluate the best concentration of peanut cake in the ensiling of massai grass of the chemical-bromatological composition, fermentative characteristics, forage value rate, ingestion estimates, and digestibility of dry matter in the silage. Materials and methods. The experiment was carried out at the Experimental Farm of São Gonçalo dos Campos at the Federal University of Bahia, Brazil. The treatments consisted of massai grass that was cut at 40 days and dehydrated, in addition to 0%, 8%, 16%, and 24% peanut cake in the fresh matter and treatment without cake. The material was compressed in experimental silos (7 liter) that were opened after 76 days. Results. The addition of 8-24% peanut cake improved the silage’s chemical-bromatological parameters, increased the dry matter and non-fiber carbohydrates and reduced the fibrous components. There was a linear increase in the estimated values of digestibility and the ingestion of dry matter depending on the levels of peanut cake in the silage. There was an improvement in the fermentative characteristics, with a quadratic effect positive for levels of ammoniacal nitrogen. The forage value rate increased linearly with the inclusion of peanut cake. Conclusions. The inclusion of up to 24% peanut cake during ensiling of massai grass increases the nutritive value of silage and improves fermentation characteristics.

Objetivo. Este experimento se realizó para evaluar el mejor nivel de inclusión de harina de cacahuete en el ensilado de hierba massai a través de la composición química-bromatológica, las características fermentativas, la tasa de valor forrajero, las estimaciones de la ingestión y la digestibilidad de la materia seca. Materiales y métodos. El experimento se llevó a cabo en la Granja Experimental de São Gonçalo dos Campos, en la Universidad Federal de Bahía. Los tratamientos fueron hierba massai cortada a 40 días, deshidratada, además de un 8%, 16% y 24% de harina de maní en la materia fresca, además de tratamiento sin harina de cacahuete. El material se comprimió en silos experimentales que se abrieron después de 76 días. Resultados. La adición de harina de cacahuete 24% mejor que el ensilaje de productos químicos bromatológicos parámetros, el aumento de la materia seca y carbohidratos sin fibra, y la reducción de los componentes fibrosos. Hubo un aumento lineal de los valores estimados de la digestibilidad y la ingestión de materia seca en función de los niveles de harina de cacahuete en el ensilaje. Se observó una mejoría en las características fermentativas, con un efecto de segundo grado para los niveles de nitrógeno amoniacal. La tasa de valor forrajero aumentó linealmente con la inclusión de harina de cacahuete. Conclusiones. La inclusión de hasta un 24% de harina de cacahuete durante el ensilaje de pasto massai aumenta el valor nutritivo del ensilaje y mejora las características de la fermentación.

BIOCOMBUSTIBLES Y BIOTECNOLOGÍA: LA YUCA (Manihot esculenta) COMO MODELO DE INVESTIGACIÓN / Biofuels and Biotechnology: Cassava (Manihot esculenta) as research model

Los combustibles obtenidos a partir de materia vegetal, como el etanol y el biodiesel, están tomando importancia en la dinámica energética mundial, gracias principalmente a que son más económicos y menos contaminantes del medio ambiente que los combustibles fósiles. El mercado de biocombustibles ha producido un incremento en las áreas de cultivo tanto de plantas regularmente usadas como materia prima para su obtención como de aquellas con potencial de ser nuevas fuentes de producción, al igual que ha impulsado la investigación básica orientada hacia el incremento en calidad y producción de diferentes cultivos. Las plantas que almacenan cantidades importantes de almidón, azúcares simples o aceites son el blanco principal para la producción de biocombustibles, aunque nuevas tecnologías están permitiendo la utilización de celulosa como materia prima. El cultivo de yuca (Manihot esculenta) está ampliamente distribuido en toda la zona tropical y es la base alimenticia de cerca del 10% de la población mundial. El alto contenido de almidón en las raíces almacenadoras de la yuca hace de este cultivo una opción para la obtención de etanol. El uso de técnicas de mejoramiento no convencional de variedades de yuca permitirá la generación de plantas más aptas para la industria de biocombustibles. En este artículo de reflexión se revisa el estado actual de los biocombustibles a nivel mundial y nacional, y se comentan los beneficios y retos a afrontar en cuanto a las implicaciones respecto al medio ambiente y la alimentación humana. Finalmente se discute el potencial de la yuca como fuente eficiente de materia prima para la obtención de biocombustibles en Colombia.

Fuels such as ethanol and biodiesel, obtained from plants and their constituents, have recently received the world’s attention as a true alternative to the global energy supply, mainly because they are cheaper and less contaminant of the environment than the currently used, non-renewable fossil fuels. Due to the pushing biofuel market, the world is currently experiencing an increase of agricultural land devoted to grow crops used to obtain them, like maize and sugar cane, as well as crops that have the potential to become new sources of biofuels. Similarly, this emerging market is boosting the basic research oriented towards obtaining better quality and yield in these crops. Plants that store high quantities of starch, simple sugars or oils, are the target of the biofuel industry, although the newest technologies use also cellulose as raw material to produce fuels. Cassava (Manihot esculenta) is widely grown in the tropics and constitutes a staple food for approximately 10% of the world population. The high starch content of its storage roots, together with the use of conventional and non-conventional breeding turn this crop into an option to obtain better adapted varieties for ethanol production. This reflexion article reviews the current status of biofuels worldwide and at the national level, and discusses the benefits and challenges faced in terms of effect on the environment and the human food chain. Finally, it discusses the potential of cassava as a source of raw material for obtaining biofuels in Colombia .

Biocombustibles, seguridad alimentaria y cultivos transgénicos / Biofuels, food security and transgenic crops

El alza mundial de precios de los alimentos está amenazando con precipitar más pobres bajo la línea de pobreza, esto probablemente se agravará por el desafío que la creciente población y el cambio climático están presentando a la seguridad alimentaria. Existe evidencia de que las actividades humanas que consumen combustibles fósiles y usan tierras están contribuyendo a las emisiones de gases de invernadero y al cambio climático global. La naturaleza agotable de las reservas de combustibles fósiles y el cambio climático están suscitando preocupaciones sobre la seguridad energética, generando interés en la utilización de energías renovables como los biocombustibles. Existen preocupaciones por la producción de biocombustibles a partir de cultivos alimenticios por la posible competencia con su utilización para alimento humano y animal. Pero los biocombustibles pueden ser producidos de otras materias primas como ligno-celulosa de pastos perennes, forestales y deshechos vegetales. El contenido energético de los biocombustibles no debe exceder la energía de los combustibles fósiles utilizados en su producción, para asegurar su sostenibilidad energética, competitividad económica y aceptación ambiental. El cambio climático y los biocombustibles están desafiando los esfuerzos de la FAO para erradicar la hambruna del mundo en la próxima década. Los cultivos utilizados actualmente en la producción de biocombustibles no han sido domesticados para este fin; la tecnología transgénica de plantas puede ofrecer una enorme contribución al mejoramiento económico y ambiental de los cultivos para biocombustibles. En el presente artículo se presentan críticamente algunas de las relaciones entre biocombustibles, seguridad alimentaria y tecnología transgénica de plantas.

Soaring global food prices are threatening to push more poor people back below the poverty line; this will probably become aggravated by the serious challenge that increasing population and climate changes are posing for food security. There is growing evidence that human activities involving fossil fuel consumption and land use are contributing to greenhouse gas emissions and consequently changing the climate worldwide. The finite nature of fossil fuel reserves is causing concern about energy security and there is a growing interest in the use of renewable energy sources such as biofuels. There is growing concern regarding the fact that biofuels are currently produced from food crops, thereby leading to an undesirable competition for their use as food and feed. Nevertheless, biofuels can be produced from other feedstocks such as lingo-cellulose from perennial grasses, forestry and vegetable waste. Biofuel energy content should not be exceeded by that of the fossil fuel invested in its production to ensure that it is energetically sustainable; however, biofuels must also be economically competitive and environmentally acceptable. Climate change and biofuels are challenging FAO efforts aimed at eradicating hunger worldwide by the next decade. Given that current crops used in biofuel production have not been domesticated for this purpose, transgenic technology can offer an enormous contribution towards improving biofuel crops' environmental and economic performance. The present paper critically presents some relevant relationships between biofuels, food security and transgenic plant technology.