Revista Colombiana de Biotecnología

Knowledge management in the framework of the social and economic crises derived from the pandemic and the Sustainable Development Goals

Antagonism of rhizobacteria on phytopathogenic fungi, and their microbial activity with biofertilizer, biostimulant and biocontroller potential

RESUMEN Las rizobacterias forman parte de la gran cantidad de microorganismos que actúan como agentes de biocontrol, produciendo metabolitos que inducen resistencia sistémica en las plantas que inhiben el crecimiento de patógenos. El objetivo de esta investigación fue evaluar la capacidad de diez rizobacterias de los géneros Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Ochrobactrum y Pseudomonas para producir ácido cianhídrico (HCN), sideróforos y ácido indol-acético (AIA), disolver fosfato, fijar nitrógeno e inhibir el crecimiento de fitopatógenos. Se realizaron todas las pruebas fisiológicas y bioquímicas correspondientes, así como la prueba de antagonismo in vitro contra los fitopatógenos Fusarium oxysporum, Colletotrichum gloeosporioides y Rhizoctonia solani. Cinco cepas produjeron una mayor cantidad de AIA en relación a las otras en presencia de triptófano, la cepa ES1 (Ochrobactrum sp.) produjo HCN, el 50 % de las cepas evaluadas liberaron sideróforos, el 60 % disolvió fósforo, y todas resultaron positivas para la fijación de nitrógeno. Nueve cepas inhibieron el crecimiento de F. oxysporum entre 40 % y 65 %, la cepa Alf (Pseudomonas fluorescens) inhibió además el crecimiento de C. gloeosporioides en un 22 %, y ninguna inhibió el crecimiento de R. solani. Los rizobios evaluados y la cepa de Pseudomonas fluorescens podrían ejercer efectos beneficiosos sobre las plantas a través de mecanismos directos e indirectos, o una combinación de ambos, lo que las convierte en una opción sostenible para la producción de cultivos.

ABSTRACT Rhizobacteria are part of the large number of microorganisms that act as biocontrol agents, producing metabolites that induce systemic resistance in plants and inhibit the growth of pathogens. The objective of this research was to evaluate the capacity of ten rhizobacteria of the genera Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Ochrobactrum and Pseudomonas to produce hydrogen cyanide (HCN), siderophores and indole acetic acid (IAA), dissolve phosphate, fix nitrogen and inhibit the growth of phytopathogens. All the corresponding physiological and biochemical tests were carried out, in addition to an in vitro antagonism test against the phytopathogens Fusarium oxysporum, Colletotrichum gloeosporioides and Rhizoctonia solani. Five strains produced a greater amount of IAA with respect to the others in the presence of tryptophan, the strain ES1 (Ochrobactrum sp.) produced HCN, 50% of the evaluated strains released siderophores, 60% solubilized phosphorus and all were positive for nitrogen fixation. Nine strains inhibited the growth of F. oxysporum by 40% to 65%. The Alf strain (Pseudomonas fluorescens) inhibited the growth of C. gloeosporioides by 22% while none inhibited the growth of R. solani. The rhizobia tested and the Pseudomonas fluorescens strain may have favorable effects on plants through direct and indirect mechanisms, or a combination of both, making them a sustainable option for crop production.

Geometric characterization of nucleated erythrocytes of red tilapia (Oreochromis spp)

RESUMEN Introducción. En hematología, el estudio de las alteraciones de la morfología eritrocitaria contribuye con el diagnóstico de la normalidad o anormalidad de estas estructuras, sin embargo, el carácter cualitativo de los criterios diagnósticos dificulta su interpretación y alcance. Objetivo. Caracterizar los eritrocitos nucleados de tilapia roja (Oreochromis spp), en el contexto de la geometría fractal y euclidiana. Metodología. Se tomaron 50 eritrocitos nucleados de 20 extendidos de sangre de tilapia roja. Posteriormente todos los contornos del núcleo y el citoplasma de los eritrocitos fueron delineados, para superponer dos rejillas, una con el doble tamaño que la otra, para calcular mediante el método de Box Counting la dimensión fractal de cada eritrocito delineado. Adicionalmente fue calculada la superficie de estas dos partes del eritrocito. Resultados: Los resultados de este estudio revelaron que los valores de la dimensión fractal no permiten hacer comparaciones entre eritrocitos nucleados. Por su parte, la superposición de rejillas de 5x5 y 10x10 píxeles permitió observar que los valores de ocupación del citoplasma y el núcleo permiten hacer comparaciones entre los eritrocitos nucleados, junto con los valores de la superficie de estas dos partes del eritrocito nucleado. Conclusión: Los eritrocitos nucleados de tilapia roja pueden ser caracterizados mediante la medición de los valores espacios ocupados por su citoplasma y el núcleo, junto con los valores de la superficie de cada una de estas dos partes del eritrocito.

ABSTRACT Introduction. In hematology, the study of erythrocyte morphology alterations contributes to the diagnosis of normality or abnormality of these structures. However, the qualitative nature of the diagnostic criteria makes their interpretation and scope difficult. Objective. Characterize the nucleated erythrocytes of red tilapia (Oreochromis spp) in the context of fractal and Euclidean geometry. Methodology. Fifty nucleated erythrocytes were taken from twenty red tilapia blood smears. Subsequently, all the contours of the nucleus and the cytoplasm of the erythrocytes were delineated to superimpose two grids, one twice the size of the other, to calculate the fractal dimension of each delineated erythrocyte using the Box Counting method. Additionally, the surface of these two parts of the erythrocyte was calculated. Results: This study revealed that the fractal dimension values do not allow comparisons between nucleated erythrocytes. The superposition of 5x5 and 10x10 pixel grids allowed us to observe that the occupancy values of the cytoplasm and the nucleus allow comparisons between the nucleated erythrocytes, together with the values of the surface of these two parts of the nucleated erythrocyte. Conclusion: Red tilapia nucleated erythrocytes can be characterized by measuring the values of the spaces occupied by their cytoplasm and nucleus, together with the values of the surface of each of these two parts of the erythrocyte.

Analysis of the protein profile of the venoms of snakes Bothrops asper, Bothrocophias myersi and Crotalus durissus from the Colombian Andean Region obtained by RP-HPLC

ABSTRACT Snake venoms comprise a highly complex mixture of proteins, and there is also a high interspecific and intraspecific variability in their composition, even in the same region. Our aim was to compare the composition of the venoms of Bothrocophias myersi, Crotalus durissus, and Bothrops asper, snakes from the Colombian Andean region by Reverse-Phase High-Performance Liquid Chromatography (RP-HPLC). The venoms were given to the research group under an agreement with Fundación Zoológica de Cali. The venoms pool was obtained by manual extraction, lyophilized and frozen. The venom protein was quantified by direct measurement with Nanodrop® 280 nm. The protein composition was established by RP-HPLC, using a Lichosper 100 RP, C18 column (250X4 mm) with a pore size of 5|m, as well as by Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE). The highest quantity of protein was found in the venom of B. myersi (108.6 mg/ mL) followed by C. durissus (78.1 mg/mL) and B. asper (74.1 mg/mL). All venoms showed bands of 15 and 50 KDa by using SDS-PAGE. B. myersi venom chromatogram exhibited 16 peaks by RP-HPLC. We conclude that the composition of the three venoms is quite similar, being phospholipase A2 the common protein therein, and together with metalloproteinases they were the most abundant protein families in the venom of B. myersi. SDS-PAGE and RP-HPLC techniques allow a first approach to the profile of the venoms, which in turn could clarify the clinical syndrome produced.

RESUMEN Los venenos de las serpientes comprenden una mezcla compleja de proteínas, y existe una alta variabilidad interespecífica e intra-específica en su composición, incluso en la misma región. Nuestro objetivo fue comparar la composición de los venenos de Bothrocophias myersi, Crotalus durissus y Bothrops asper de la región andina de Colombia, mediante cromatografía líquida de alta eficiencia en fase reversa (RP-HPLC). Los venenos fueron entregados al grupo de investigación mediante un convenio con la Fundación Zoológica de Cali. El pool de venenos fue obtenido por extracción manual, liofilizado y congelado. La proteína de los venenos fue cuantificada por Absorbancia 280nm por medición directa con Nanodrop®. La composición proteica se estableció por RP-HPLC, utilizando una columna Lichosper 100 RP, C18 (250X4 mm) con un tamaño de poro de 5|jm, así como por electroforesis en gel dodecil sulfato de sodio-poliacrilamida (SDS-PAGE). La mayor cantidad de proteínas se encontró en el veneno de B. myersi (108.6 mg/mL), seguido de C. durissus (78.1 mg/mL) y B. asper (74.1 mg/mL). Todos los venenos mostraron bandas de 15 y 50 KDa por SDS-PAGE. El cromatograma de B. myersi exhibió 16 picos por RP-HPLC. Concluimos que la composición de los tres venenos es bastante similar, siendo la fosfolipasa A2 la proteína común en estos y junto con las metaloproteinasas fueron las familias de proteínas más abundantes en el veneno de B. myersi. Las técnicas de SDS-PAGE y el RP-HPLC permiten un primer acercamiento al perfil de los venenos, lo que a su vez podría contribuir a esclarecer el síndrome clínico producido.

Hexavalent chromium-reducing bacteria on biosolids from the San Fernando Wastewater Treatment Plant in Medellín (Colombia)

ABSTRACT During the most recent decades, advances have been made to reduce the environmental impact by anthropogenic activities that constantly release toxic components into the environment, generating instability and damage to the health of biological communities. Among the different pollutants, heavy metals are important by virtue of their properties, which hinder their degradation or transformation into other less toxic compounds. Chromium is one of the metals of greatest global interest due to its use in multiple industries. Conventional methods using chromed materials in their processes, not only throw considerable amounts of waste into the environment, but also give little account of the fraction of hexavalent chromium (Cr6+) present in certain ecosystems. Bioremediation has been proposed as an economically viable and environmentally sustainable alternative. This work aimed to evaluate the chromium reduction capacity by bacteria isolated from a biosolids matrix obtained at the San Fernando Wastewater Treatment Plant (WWTP), located in Medellín (Colombia). Biosolids samples were grown in a nutrient agar enriched with different concentrations of Cr6+. The strains presenting the greater tolerance to chromium were isolated to perform reduction tests by triplicate, monitoring the concentration of the metal over time. Seven different bacterial species were obtained, among which Staphylococcus saprophyticus, Ochrobactrum anthropic, and Bacillus cereus showed the greatest ability to reduce Cr6+ (29.0%, 61.1 and 100%, at 96 h) respectively.

RESUMEN En las últimas décadas se ha trabajado activamente para reducir el impacto ambiental generado por las actividades antrópicas que constantemente liberan componentes tóxicos al ambiente generando inestabilidad y daños en la salud de las comunidades biológicas. Entre los diferentes contaminantes, los metales pesados revisten importancia en virtud de sus propiedades, que dificultan su degradación o transformación en otros compuestos menos tóxicos. El cromo es uno de los metales de mayor interés a nivel global por su uso en múltiples industrias. Los métodos convencionales que utilizan materiales cromados en sus procesos, no sólo arrojan cantidades considerables de residuos al ambiente, sino que dan poca cuenta de la fracción de Cr6+ presente en determinados ecosistemas. La biorremediación se ha propuesto como una alternativa económicamente viable y ambientalmente sostenible. El propósito del presente trabajo fue evaluar la capacidad de reducción de cromo por bacterias, aisladas de una matriz de biosólidos de la Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) San Fernando en la ciudad de Medellín-Colombia. Muestras de biosólidos se cultivaron en Agar Nutritivo enriquecido con diferentes concentraciones de Cr6+. Las cepas que presentaron mayor tolerancia al cromo fueron aisladas para realizar ensayos de reducción por triplicado, monitoreando la concentración del metal en el tiempo. Se obtuvieron siete especies bacterianas diferentes dentro de las cuales se destacaron Staphylococcus saprophyticus, Ochrobactrum anthropi y Bacillus cereus por la capacidad de reducir Cr6+ a 96 h con eficiencias de 29.0%, 61.1% y 100%, respectivamente.

Micropropagation of Calibanus hookeri (lem.) trel (1911). A threatened species

RESUMEN La especie Calibanus hookerii perteneciente a la familia Asparagaceae, está registrada en la NOM-059-SEMARNAT-2010 catalogada como planta amenazada. Sus poblaciones naturales se han visto reducidas de manera importante debido a una explotación excesiva y destrucción de su hábitat, por lo que se requiere de métodos de propagación eficaz que aseguren su conservación. La propagación in vitro es una alternativa viable para especies vegetales amenazadas. En la presente investigación se reporta el protocolo para la micropropagación de Calibanus hookerii mediante la germinación de semilla sin testa inoculada en medio MS complementado con 2.5, 5.0 y 7.0 mg L-1 de 6 benciladenina (BA), cinetina (K), 2-isopentil-adenina (2iP) y tidiazuron (TDZ). Las variables a medir fueron porcentaje de germinación, número y longitud de brotes producidos por semilla. El tratamiento más eficiente fue de 5.0 mg L-1 de BA produciéndose un promedio de 26 brotes por semilla; el tratamiento menos eficaz fue con 2.5 mg L-1 K en el cual solamente se obtuvieron dos brotes por semilla. De las tres concentraciones de 2iP solamente en la concentración de 7 mg. L-1 mostró resultados produciendo 6 brotes por semilla. En lo que respecta a la longitud del brote ningún tratamiento superó al testigo (8.07cm). La eficiencia la germinación in vitro fue de 56-97%.

ABSTRACT The species Calibanus hookerii belonging to the family Aspagaceae is registered in the NOM-059-SEMARNAT-2010 cataloged in danger of extinction and therefore is necessary of propagation methods that assure its conservation and its propagation. In vitro propagation is a viable alternative for endangered plant species. The present investigation reports the protocol for the micropropagation of Calibanus hookerii. This was achieved by seed germination without test in MS medium supplemented with 2.5, 5.0 and 7.0 mg L-1 of 6-benzyladenine (BA), kinetin (K), 2-isopentyl-adenine (2iP) and tidiazuron (TDZ). The variables to be measured were percentage of germination, number and length of shoots produced by seed. The most efficient treatment was 5 mg L-1 of BA producing an average of 26 shoots per seed, the worst treatment was with 2.5 K only produced 2 shoots per seed, of the four cytokinins used 2ip treatment in only one study of the Performed showed results (7 mg L-1) producing 6 shoots per seed. Regarding the length of the shoot, no treatment exceeded the control (8.07cm). Finally, in vitro germination was high (56-97%) in all treatments.

Electrical impedance spectroscopy, a tool for biotechnological applications with Lactobacillus casei ATCC 393

RESUMEN La aplicación de espectroscopia de impedancia eléctrica (EIE), es una técnica que se utiliza para monitorear, detectar y cuantificar microorganismos de interés biotecnológico, con la medición de parámetros eléctricos de respuesta rápida de un medio inoculado a temperatura y agitación constante mediante electrodos sumergidos. Realizando una comparación del modelo de crecimiento y el recuento en placa con los parámetros eléctricos de respuesta, se puede dar una correlación para romper la barrera tecnológica entre la microbiología clásica y los métodos rápidos de detección. La comparación de ambas técnicas fue realizada para determinar el máximo crecimiento de Lactobacillus casei (L. casei) ATCC 393. Se encontró que tras la inoculación, después de 24 h en condiciones microaerofílicas (37 °C), el máximo crecimiento microbiano fue registrado por medio de la EIE, mediante los parámetros |Z| (29,1057) y Deg-Deg0 (24,555°). En contraste con la técnica de conteo en placa, el crecimiento máximo se estimó a las 9 h. Los datos experimentales obtenidos mediante la EIE fueron ajustados por un circuito RC en serie, posteriormente, las curvas generadas fueron ajustadas a los modelos de crecimiento de Gompertz y Boltzman. Usando la técnica de EIE, la impedancia del medio resultó el parámetro más eficiente para la estimación del pico máximo exponencial de crecimiento de L. casei. Se demostró que la EIE constituye una alternativa para la detección rápida de la concentración microbiana en procesos de producción de biomasa para la elaboración de productos alimenticios probióticos.

ABSTRACT The application of electrical impedance spectroscopy (EIS) is a technique used to monitor, detect and quantify microorganisms of biotechnological interest, with the measurement of electrical parameters of rapid response of a medium inoculated at temperature and constant agitation by submerged electrodes. By making a comparison of the growth model and the plate count with the electrical response parameters, a correlation can be made to break the technological barrier between classical microbiology and rapid detection methods. The comparison of both techniques was performed to determine the maximum growth of Lactobacillus casei (L. casei) ATCC 393. It was found that after inoculation, after 24 h under microaerophilic conditions (37 °C), the maximum microbial growth was recorded by medium of the EIE, using the parameters |Z| (29,1057) and Deg-Deg0 (24,555°). In contrast to the plate count technique, maximum growth was estimated at 9 h. The experimental data obtained through the EIE were adjusted by a series RC circuit; later, the generated curves were adjusted to the growth models of Gompertz and Boltzman. Using the EIE technique, the impedance of the medium was the most efficient parameter for the estimation of the maximum exponential growth peak of L. casei. It was demonstrated that the EIE constitutes an alternative for the rapid detection of the microbial concentration in biomass production processes for the elaboration of probiotic food products.

In vitro antifungal activity of the essential oil of Swinglea glutinosa Merr against mango (Mangifera indica L.) pathogen Colletotrichum sp.

RESUMEN Se evaluó la actividad antifúngica del aceite esencial de limón de cerca (Swinglea glutinosa) sobre el hongo Colletotrichum sp. aislado de frutos de mango (Mangifera indica L). El aceite esencial, se obtuvo por hidrodestilación de hojas y corteza del fruto, y mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas se determinó la fitoquímica. Se identificaron presuntivamente 41 metabolitos secundarios, siendo los compuestos mayoritarios (β-pineno (31.3 %), α-pineno (15.1%) y germacreno D (14.4 %). El aceite esencial inhibió el crecimiento del hongo en un 31.16 %, 52.77 % y 82.41 % en ensayo de dilución en agar, a las concentraciones de 0.3, 1 y 2 % respectivamente, con diferencias entre todos los tratamientos evaluados (p=0.000). En ensayo de dilución en caldo se registró inhibición de la germinación de esporas de 0, 1 9.47, 41.03 y 100 % (p=0.000) a concentraciones de 0, 2, 4 y 8 μL/mL. Adicionalmente, en ensayo de microatmósfera se presentó una inhibición de máxima de 22,97 % del crecimiento micelial con adición de 20 μL de aceite esencial por caja de Petri (p=0.000). Este trabajo encontró que el aceite esencial de S. glutinosa ejerce inhibición dosis-dependiente sobre el crecimiento micelial y la germinación de esporas de Colletotrichum sp.

ABSTRACT The antifungal activity of the essential oil of Swinglea glutinosa on the fungus Colletotrichum sp. isolated from mango (Mangifera indica L) fruit was evaluated. The essential oil was obtained by hydrodistillation of leaves and fruit rind, and phytochemistry was determined by gas chromatography coupled to mass spectrometry. Forty-one secondary metabolites were presumptively identified, the major compounds being (β-pinene (31.3 %), α-pinene (15.1 %) and germacrene D (14.4 %). The essential oil inhibited fungal growth by 31.16 %, 52.77 % and 82.41 % in agar dilution assay, at concentrations of 0.3, 1 and 2 % respectively, with differences among all treatments evaluated (p=0.000). In the broth dilution test, spore germination inhibition of 0, 19.47, 41.03 and 100 % (p=0.000) was recorded at concentrations of 0, 2, 4 and 8 μL/mL. Additionally, in microatmosphere assay, a maximum inhibition of 22.97 % of mycelial growth was presented with the addition of 20 μL of essential oil per Petri dish. This work found that the essential oil of S. glutinosa exerts dose-dependent inhibition on mycelial growth and spore germination of Colletotrichum sp.

Design of a graphical interface oriented to the simulation of a fermenter

RESUMEN El uso de fermentadores es común en diversos procesos biotecnológicos. Actualmente, un fermentador o biorreactor tiene la capacidad de monitorear variables físicas y químicas las cuales son mostradas al operador por medio de una pantalla. Aunado a los materiales de construcción de un biorreactor, hoy en día su adquisición es costosa e inaccesible para fines educativos y de investigación. Para abordar esta problemática, se diseñó y desarrolló la interfaz Fermenta V1.0. orientada a la simulación de un bioproceso realizado por un fermentador, para realizarla se utilizó una pantalla táctil Nextion y Arduino UNO; para su programación, se implementaron los entornos de desarrollo integrados apropiados. La interfaz fue capaz de emular diferentes dispositivos electrónicos como sensores, válvulas solenoides, bombas peristálticas, iluminación y agitación. En esta primera etapa, se establece el punto de partida para facilitar el acoplamiento de la interfaz Fermenta V1.0 con diversos sensores orientados al monitoreo de un fermentador. Con la incorporación de los dispositivos electrónicos a la interfaz, se podrá adecuar al sistema (interfaz-sensores) a un proceso biotecnológico en donde se requiera el uso de un fermentador y la necesidad de monitorear temperatura, oxígeno disuelto, pH, CO2, iluminación, agitación.

ABSTRACT The use of fermenters is common in various biotechnological processes. Currently, a fermenter or bioreactor can monitor physical and chemical variables which are displayed to the operator through a screen. In addition to the construction materials of a bioreactor, nowadays its acquisition is expensive and inaccessible for educational and research purposes. To address this problem, the Fermenta V1.0 interface was designed and developed to simulate a bioprocess performed by a fermenter, using a Nextion touch screen and Arduino UNO; for its programming, the appropriate integrated development environments were implemented. The interface was able to emulate different electronic devices such as sensors, solenoid valves, peristaltic pumps, lighting, and agitation. In this first stage, the starting point is established to facilitate the coupling of the Fermenta V1.0 interface with various sensors oriented to the monitoring of a fermenter. With the incorporation of the electronic devices to the interface, it will be possible to adapt the system (interface-sensors) to a biotechnological process where the use of a fermenter is required and the need to monitor temperature, dissolved oxygen, pH, CO2, lighting, agitation.