Revista Colombiana de Biotecnología

Multifunctionality of biocontrol fungi and their contribution to agriculture

Biofunctionalization of silk fibroin-based surfaces for potential use in cardiovascular applications

RESUMEN En el presente trabajo, se biofuncionalizaron con heparina películas fabricadas a base de fibroína (SF) y polivinil alcohol (PVA) utilizando dos técnicas diferentes, la primera por acople de carbodiimida y la segunda por aprovechamiento de interacciones electrostáticas, buscando conseguir un comportamiento antitrombogénico en la superficie de las películas fabricas para su potencial uso como biomateriales para la fabricación de implantes cardiovasculares. Las muestras biofuncionalizadas fueron sometidas a una prueba de coagulación de sangre para verificar el éxito de dicha biofuncionalización. Los resultados mostraron que las muestras biofuncionalizadas por acople de carbodiimida, además de presentar una actividad antitrombogénica superior a las biofuncionalizadas por aprovechamiento de interacciones electrostáticas, presentaban valores de ángulos de contacto más cercanos a los de los materiales para la fabricación de implantes cardiovasculares, y que también, la biofuncionalización no afecta significativamente las propiedades mecánicas y superficiales de las películas fabricadas.

ABSTRACT In the present work, fibroin, and polyvinyl alcohol (PVA) - based films were biofunctionalized using two different techniques, the first by carbodiimide coupling and second by exploiting electrostatic interactions, seeking to achieve antithrombogenic behavior on the surface of the manufactured films for their potential use as biomaterials for the manufacture of cardiovascular implants. The biofunctionalized samples were submitted to the blood clotting test to verify the success of said biofunctionalization. The results showed that the samples biofunctionalized by carbodiimide coupling, in addition to presenting a higher antithrombogenic activity than those biofunctionalized by taking advantage of electrostatic interactions, presented contact angles values closer to those of the materials for the manufacture of cardiovascular implants, and that also, the biofunctionalization does not significantly affect the mechanical and surface properties of the fabricated films

Quantification of the expression of the amo-A gene in bacterial and archaeal populations present in soil samples from a rice field characterized by environments

RESUMEN El ciclo del nitrógeno representa uno de los procesos biogeoquímicos más importantes para los ecosistemas terrestres y acuáticos. Las comunidades microbianas desempeñan un papel crucial en los procesos de transformación del nitrógeno en el suelo, ya que participan en diversas etapas como la nitrificación, de gran importancia para la producción agrícola. Dentro de los marcadores moleculares más utilizados para evaluar la actividad de poblaciones microbianas oxidantes de amonio se han considerado ampliamente los genes que codifican enzimas claves como la subunidad A de la actividad amonio monooxigenasa (AMO). Sin embargo, no se comprende completamente si la expresión de esta enzima tiene relación directa con el rendimiento de los cultivos. En este contexto, se evaluó la expresión del gen amo-A de comunidades bacterianas y archaeales presentes en un lote arrocero previamente caracterizado por ambientes. Para cuantificar la abundancia de arqueas y bacterias oxidantes de amonio, (AOA y AOB, respectivamente) se emplearon las técnicas de PCR en tiempo real (RT-qPCR) y PCR digital (RT-dPCR). En este trabajo se encontró a través del análisis de datos metagenómicos que hubo una mayor presencia de AOB en las muestras de suelo rizosférico mientras que las AOA fueron predominantes en las muestras de suelo de soporte “bulk”, sin embargo, no se detectó la expresión del gen amo-A asociada a la comunidad de bacterias en las muestras de suelo analizadas. Por otra parte, no se presentaron diferencias entre los transcritos del gen amo-A asociados a la comunidad de AOA de los ambientes caracterizados. Además, la expresión de transcritos no estuvo relacionada con alguna de las propiedades químicas evaluadas. Finalmente, las estrategias de cuantificación para RT-qPCR (plásmido y templete) resultaron ser homólogas y funcionales para identificar la expresión del gen amo-A de AOA, mientras que la técnica de RT-dPCR fue más precisa para el análisis de la comunidad de AOB y AOA.

ABSTRACT The nitrogen cycle represents one the most important biogeochemical process for terrestrial and aquatic ecosystems. Microbial communities play a crucial role in the processes of transformation of soil nitrogen in the, since they participate in various stages such as nitrification, which is of great importance for agricultural production. Among the most used molecular markers to assess ammonium oxidizing microbial populations activity have been considered widely the genes encoding key enzymes such as ammonium monooxygenase (AMO) subunit A. However, it is not fully understood whether the expression of this enzyme is directly related to the crop yield. In this context, this research work evaluated the expression of the amo-A gene of bacterial and archaeal communities present in a rice field previously characterized by environments. Real-time PCR (RT-qPCR) and digital PCR (RT-dPCR) techniques were used to quantify the abundance of archaea and ammonium-oxidizing bacteria (AOA and AOB, respectively). In this work it was found that in the analysis of metagenomic data there was a greater presence of AOB in rhizospheric soil samples while AOA were predominant in bulk soil samples, however, the expression of the amo-A gene was not detected. associated with the community of bacteria in the soil samples analyzed. On the other hand, it was found that the transcripts of the amo-A gene of the AOA community did not present differences between the characterized environments. Furthermore, the expression of transcripts is not related to any of the chemical properties evaluated. Finally, the quantification strategies for RT-qPCR (plasmid and quenching) turned out to be homologous and functional to identify the expression of the AOA amo-A gene, while the RT-dPCR technique was more precise for the analysis of the community of AOB and AOA.

Evaluation of virulence factors in clinical isolates of pathogenic E. coli in avian samples in Caloto, Colombia

ABSTRACT Avian pathogenic E. coli (APEC), produces an extraintestinal infection in chickens, turkeys, and other types of birds, called colibacillosis, which is considered one of the main causes of economic losses due to morbidity, mortality, and discard of poultry carcasses. The objective of the present study was to characterize the genetic profile of the virulence factors of different isolates of avian E. coli in Caloto, Cauca, Colombia. Materials and methods: E. coli was isolated and identified by biochemical tests, from 47 clinical isolates. Subsequently, the DNA was extracted using Chelex. Three multiplex PCRs were designed to amplify 13 virulence factors (iroN, hlyF, iss, iutA, frz, vat, sitA, KpsM, sitD, fimH, pstB, sopB, and uvrY), using primers previously reported for each. At the end, the amplification products were verified on agarose gels. Each isolate was classified according to the number of virulence factors: group A (between 10 and 13), group B (between 5 and 9), and group C (4 or less). Discussion and Conclusions: we were able to identify the presence of a group of virulence factors in clinical isolates of APEC, which allows us to demonstrate that both the frequency and the profile of virulence factors in the isolated strains showed a different profile than the reported by other authors. The virulence genes pstB and fimH were detected in all our samples, and the iss gene was the one with the lowest frequency. Finally, according to the number of virulence factors, the group A was the most frequent.

RESUMEN La E. coli patógena aviar (APEC), produce una infección extraintestinal en pollos, pavos y otros tipos de aves, denominada colibacilosis, la cual es considerada una de las principales causas de pérdidas económicas por morbilidad, mortalidad y descarte de canales de aves. El objetivo del presente estudio fue caracterizar el perfil genético de los factores de virulencia de diferentes aislamientos de E. coli aviar en Caloto, Cauca, Colombia. Materiales y métodos: E. coli se aisló e identificó mediante pruebas bioquímicas, a partir de 47 aislamientos clínicos. Posteriormente, el ADN se extrajo utilizando Chelex. Se diseñaron tres PCR multiplex para amplificar 13 factores de virulencia (iroN, hlyF, iss, iutA, frz, vat, sitA, KpsM, sitD, fimH, pstB, sopB y uvrY), utilizando primers informados previamente para cada uno. Al final, los productos de amplificación fueron verificados en geles de agarosa. Cada aislamiento se clasificó según el número de factores de virulencia: grupo A (entre 10 y 13), grupo B (entre 5 y 9) y grupo C (4 o menos). Discusión y Conclusiones: pudimos identificar la presencia de un grupo de factores de virulencia en los aislados clínicos de APEC, lo que nos permite demostrar que tanto la frecuencia como el perfil de los factores de virulencia en las cepas aisladas presentaron un perfil diferente al reportado por otros autores. Los genes de virulencia pstB y fimH se detectaron en todas nuestras muestras, siendo el gen iss el de menor frecuencia. Finalmente, según el número de factores de virulencia, el grupo A fue el más frecuente.

Use of probiotics in the catfish Sorubim cuspicaudus larviculture

ABSTRACT Sorubim cuspicaudus, a migratory catfish distributed in the Magdalena, Sinú, and Catatumbo river basins, is categorized as vulnerable to extinction. Production of fingerlings in controlled environments stands as a strategic conservation approach, and larviculture is a critical phase in rearing this species. Probiotics are used for improvement in the critical stages of fingerling production. The study aimed to evaluate the use of probiotics (Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis) during the larviculture phase of S. cuspicaudus. Larvae at 42 hours post-hatching (1.5±0.1mg, total length 5.7±0.4mm) were treated with four levels of probiotic inclusion in the water: 0, 5, 10, and 20ppm for 22 days. Water quality remained within suitable ranges for neotropical catfish species larviculture and the parameters assessed were weight gain (Gw), length gain (Gl), specific growth rate (G), survival rate (S), stress resistance (Sr), intestinal fold length (LF), and colony-forming units (CFU) count. Results showed higher Gl (22.23±3.5mm), Gw (40.0±12.6mg), G (14.9±1.5%/day), LP (205±72.7µm), and CFU (118.7±80.9) were found at 20 ppm (p<0.05). However, S and Sr exhibited no significant differences among treatments (p>0.05). The findings of this study suggest that probiotics (Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis) could be used as an alternative to advance in the S. cuspicaudus larviculture.

RESUMEN Sorubim cuspicaudus, un bagre migratorio distribuido en las cuencas de los ríos Magdalena, Sinú y Catatumbo, se encuentra catalogado como una especie vulnerable a la extinción. La producción de alevinos en ambientes controlados es considerada como una estrategia crucial para su conservación, y la larvicultura es una fase crítica en la cría de esta especie. Para mejorar esta fase crítica de producción de alevinos se utilizan probióticos. El estudio tenía como objetivo evaluar el uso de probióticos (Bacillus subtilis y Bacillus licheniformis) durante la fase de larvicultura de S. cuspicaudus. Las larvas, a las 42 horas post eclosión (1,5±0,1mg, longitud total 5,7±0,4mm) fueron tratadas con cuatro niveles de inclusión de probióticos en el agua: 0, 5, 10 y 20ppm durante 22 días. La calidad del agua se mantuvo dentro de los rangos adecuados para la larvicultura de especies neotropicales de bagre y los parámetros evaluados fueron el aumento de peso (Gw), el aumento de longitud (GL), la tasa específica de crecimiento (G), la tasa de supervivencia (S), la resistencia al estrés (Sr), la longitud del pliegue intestinal (LF) y el recuento de unidades formadoras de colonias (UFC). Los resultados mostraron mayores GL (22,23±3,5 mm), Gw (40,0±12,6 mg), G (14,9±1,5%/día), LP (205±72,7 µm) y UFC (118,7±80,9) a 20 ppm (p<0,05). Sin embargo, S y Sr no mostraron diferencias significativas entre tratamientos (p>0,05). Los resultados de este estudio sugieren que los probióticos (Bacillus subtilis y Bacillus licheniformis) podrían utilizarse como alternativa para avanzar en la larvicultura de S. cuspicaudus.

Compatibility of Beauveria bassiana biopesticide with agrochemicals: effect on germination and insecticidal activity on Diatraea saccharalis larvae

RESUMEN Los barrenadores del tallo del género de Diatraea spp. (Lepidoptera:Crambidae) han sido reconocidos por ser la plaga de mayor impacto en el cultivo de caña de azúcar, en el que causan importantes pérdidas económicas. Para su control, una cepa colombiana de Beauveria bassiana (Bals.) Vuill (aislamiento Bv062) que demostró alta virulencia frente a larvas de D. saccharalis (Fabricius), fue utilizada para el desarrollo de un bioinsecticida formulado como un concentrado emulsionable (CE). Con el fin de integrar este bioinsecticida en un esquema de manejo integrado de plagas, es necesario evaluar su compatibilidad con los agroquímicos utilizados comúnmente en el cultivo de caña de azúcar. Para tal fin se evaluó el efecto in vitro de 11 agroquímicos (fungicidas, insecticidas y herbicidas) sobre la germinación y actividad insecticida de conidios formulados. Inicialmente el CE y los agroquímicos fueron ajustados al doble de la concentración recomendada y mezclados en proporción 1:1, se incubaron durante dos horas, y se determinó el porcentaje de germinación. Los conidios expuestos a los agroquímicos fueron también purificados y utilizados para un bioen-sayo frente a larvas de segundo instar de D. saccharalis. El CE resultó ser compatible con los herbicidas e insecticidas evaluados, manteniendo una germinación y eficacia superior al 80%. Por el contrario, el CE fue incompatible con todos los fungicidas evaua-dos. Estos resultados permiten sugerir recomendaciones de aplicación del bioplaguicida a base de B. bassiana Bv062, junto con insecticidas y herbicidas empleados en el cultivo de caña, pero se recomienda no aplicarlo de manera simultánea con fungicidas como el benomil y del grupo de triazoles. Se recomienda validar estos resultados en condiciones de campo.

ABSTRACT Sugarcane stem borers of the genus Diatraea spp. (Lepidoptera:Crambidae) have been recognized as the pest of the greatest impact on sugarcane crops causing significant economic losses. For its control, a colombian strain of Beauveria bassiana (Bals.) Vuill (code Bv062) that showed a high virulence against D. saccharalis (Fabricius) larvae was used for a biopesticide development, formulated as emulsifiable concentrate (EC). In order to include the EC into an integrated pest management (IPM) scheme, it is necessary to evaluate its compatibility with the agrochemicals commonly used in sugarcane crops. For this purpose, the in vitro effect of 11 agrochemicals (fungicides, insecticides and herbicides) on the germination and insecticidal activity of Bv062 formulated conidia was evaluated. Initially, the EC and agrochemicals were adjusted to double the recommended concentration and mixed in a 1:1 ratio. The mixes were incubated for two hours, and the germination percentage was calculated. The conidia exposed to the agrochemicals were also purified and used for a bioassay against second instar larvae of D. saccharalis. The EC was compatible with the herbicides and insecticides, maintaining germination and efficacy higher than 80%. In contrast, EC was incompatible with all the fungicides evaluated. These results allow us to suggest recommendations for the application of the biopesticide based on B. bassiana Bv062 with insecticides and herbicides used in sugarcane crops, but it is not recommended to apply it simultaneously with fungicides such as benomyl and the triazole group. It is recommended to validate these results under field conditions.

Trichoderma spp., an alternative for sustainable agriculture: a review

RESUMEN En la actualidad uno de los retos a los que se enfrentan los agricultores es producir alimentos bajo las inclemencias climáticas. Para el 2050, se estima un aumento en la demanda en producción de alimentos básicos a causa del incremento demográfico, aumentando con ello el detrimento de los recursos naturales. Dentro de las alternativas biológicas está el uso de insumos a base de microorganismos benéficos, como el género Trichoderma. Los cuales se han utilizado en los campos agrícolas para el control biológico contra un gran número de fitopatógenos. Sin embargo, aún son poco conocidas otras propiedades benéficas de este género para las plantas que coloniza y el ecosistema. Se realizó una búsqueda de artículos científicos en Academic Search Ultimate, BioOne, Acsess, Esmerald, Fuente Académica, ScienceDirect y Springer, entre 2015 y 2023, con dos excepciones de años anteriores. Se utilizó la palabra clave “Trichoderma” y aquellas relacionadas con interacciones microbianas y su aplicación agrícola. Esta revisión resume los hallazgos bibliográficos actuales de este género que muestran su alta capacidad hacia el desarrollo sostenible de los agroecosistemas. Varias investigaciones reportan su capacidad de inducir la defensa vegetal, la promoción del crecimiento y desarrollo radicular, así como la estimulación y síntesis de sustancias que contribuyen a fortalecer la fertilidad del suelo. Con ello mejora los rendimientos de los cultivos a los que se encuentra asociado. En definitiva, la aplicación de Trichoderma puede coadyuvar a disminuir los efectos negativos ocasionados por el uso de agroquímicos y fertilizantes sintéticos, contribuyendo a una producción más sostenible.

ABSTRACT Currently, one of the most critical challenges facing farmers is the production of food under adverse weather conditions. By 2050, an increase in the production of staple foods is estimated due to demographics, thereby increasing the depletion of natural resources. Among the biological alternatives is the use of inputs based on beneficial microorganisms such as the Trichoderma genus, which have been used in agricultural fields for biological control against a large number of phytopathogens. However, other beneficial properties of this genus for the plants it colonizes, and the ecosystem are still little known. Therefore, a search for scientific articles was carried out in Academic Search Ultimate, BioOne, Acsess, Esmerald, Fuente Academic, ScienceDirect and Springer, between 2015 and 2023, with two exceptions from previous years. The keyword “Trichoderma” was used and those related to microbial interactions and their agricultural application. Therefore, this review summarizes the current bibliographic findings of this genus, that shows its high capacity towards the sustainable development of agroecosystems. Several investigations report its ability to induce plant defense, promote growth and root development, and stimulate and synthesize substances that help strengthen soil fertility. This improves the yields of the crops to which they are associated. With this, the application of Trichoderma can reduce the negative effects caused by the use of agrochemicals and synthetic fertilizers, contributing to a more sustainable production.

Effect of silver nitrate (AgNO₃) on the in vitro growth of Anthurium magnificum Linden shoots

RESUMEN Anthurium magnificum Linden es una importante planta ornamental perteneciente a la familia Araceae. Esta especie es muy demandada como planta de maceta para la decoración de interiores y jardines, así como follaje de corte. Los métodos de propagación tradicionales en esta especie presentan ciertas desventajas por lo que no permiten satisfacer la creciente demanda. Estas limitantes convierten al cultivo de tejidos vegetales en el método más eficiente para propagar plantas de Anthurium magnificum a un ritmo más rápido que los métodos de propagación convencionales. En el cultivo de tejidos vegetales el nitrato de plata adicionado a los medios de cultivo actúa como un inhibidor de la acción del etileno y desempeña un papel crucial en la regulación de procesos fisiológicos esenciales de las plantas. El presente trabajo tuvo como objetivo determinar el efecto de diferentes concentraciones de nitrato de plata en el crecimiento in vitro de brotes de Anthurium magnificum. Para ello, se cultivaron brotes in vitro de Anthurium magnificum en medios de cultivo enriquecidos con diferentes concentraciones de nitrato de plata. Los resultados mostraron que los mayores valores en las variables altura de la planta, número de raíces y longitud de las raíces se obtuvieron en un medio de cultivo con 1,0 mg L-1 de nitrato de plata. En la variable área foliar de la planta los mayores valores se presentaron en los medios de cultivo que contenían nitrato de plata independientemente de la concentración empleada.

ABSTRACT Anthurium magnificum Linden is an important ornamental plant belonging to the Araceae family. This species is in great demand as a pot plant for interior and garden decoration, as well as cut foliage. The traditional propagation methods in this species have certain disadvantages, which is why they cannot satisfy the growing demand. These limitations make plant tissue culture the most efficient method to propagate Anthurium magnificum plants at a faster rate than conventional propagation methods. In the culture of plant tissues, silver nitrate added to the culture media acts as an inhibitor of the action of ethylene and plays a crucial role in the regulation of essential physiological processes in plants. The objective of this work was to determine the effect of different concentrations of silver nitrate on the in vitro growth of Anthurium magnificum shoots. For this, in vitro shoots of Anthurium magnificum were cultivated in culture media enriched with different concentrations of silver nitrate. The results showed that the highest values in the variables plant height, number of roots and length of the roots were obtained in a culture medium with 1.0 mg L-1 of silver nitrate. In the variable leaf area of the plant, the highest values were presented in the culture media that contained silver nitrate, regardless of the concentration used.