BioTecnología, Año 2014, Vol. 18 No. 3 - smbb.mx · publicó que la modificación genética es...

BioTecnologa, Ao 2014, Vol. 18 No. 3

Ao 2014 Volmen 18 Nmero 3 ISSN 0188-4786!


MESA DIRECTIVA

Dr. Cristbal No Aguilar Gonzlez Presidente

Dr. Carlos Regalado Gonzlez Vice-Presidente

Dr. Adelfo Escalante Lozada Secretario

Dra. Mara Teresa Torres Mancera Tesorera

Dr. Nicols Oscar Soto Cruz Subsecretario

Dr. Jos Luis Martnez Hernndez Vocal Profesional

QFB Olga Berenice lvarez Prez Vocal Estudiante

COMIT EDITORIAL

Dr. Sergio Snchez Esquivel Editor en Jefe Instituto de Investigaciones Biomdicas, UNAM Dr. Luis Bernardo Flores Cotera CINVESTAV

Dr. Fernando Luis Garca Carreo CIBNOR

Dr. Mariano Gutirrez Rojas UAM-I

Dra. Romina Rodrguez Sanoja Instituto de Investigaciones Biomdicas, UNAM

Dra. Sara Sols Pereira Instituto Tecnolgico de Mrida

Dra. Elizabeth Langley McCarron Instituto Nacional de Cancerologa Dr. Vctor Manuel Loyola Centro de Investigacin Cientfica de Yucatn

DISEO GRAFICO E IMAGEN

Lic. Nayeli Quinto (SODIO)

ISSN 0188-4786, revista cuatrimestral publicada por la Sociedad Mexicana de Biotecnologa y Bioingeniera, A.C. incluida en PERIDICA, ndice de Revista Latinoamericanas en Ciencias (CICH-UNAM). Certificado de Licitud de Ttulo en trmite y Certificado de Licitud de Contenido en trmite. Reserva de derechos de Ttulo04-1999-082516265000-101. Los Conceptos que en ella aparecen son responsabilidad exclusiva de los autores. Se prohbe la reproduccin total o parcial

de su contenido sin previa autorizacin por escrito del Comit editorial. Toda correspondencia deber enviarse a Km. 23.5 Carretera Federal Mxico -Cuernavaca, Av. Cipreses s/n, Col. San Andrs Totoltepec, C.P. 14400, Del. Tlalpan, Mxico, D.F. o a la siguiente direccin electrnica [email protected]


EDITORIAL

La Falsa Percepcin de la Biotecnologa y en Particular de los Organismos Genticamente Modificados

Vctor M. Loyola Vargas 3

INSTRUCCIONES PARA AUTORES 6

ARTCULOS

Actividades Enzimticas de Hongos para el Pre-tratamiento de Residuos Lignocelulsicos Peggy Elizabeth lvarez -Gutirrez, Zazil Corzo -Gonzlez , Gustavo Yaez -Ocampo

y Yolanda del Carmen Prez -Luna 11

Los Alimentos: una Aproximacin Protemica en su Estudio Jocelin Rizo, Catalina Crdenas y Romina Rodrguez -Sanoja 30


La Falsa Percepcin de la Biotecnologa y en Particular

de los Organismos Genticamente Modificados Un programa de mejoramiento gentico de plantas que no contemple el uso

combinado de las mejores prcticas de la agricultura orgnica, de las nu evas

tcnicas biotecnolgicas y de la agricultura tradicional est destinado al fracaso.

Estas tcnicas se complementan una a la otra.

En mayo del ao 2013 se cumplieron 30 aos del primer artculo en el que se

public que la modificacin gentica es pos ible1. Este trabajo, bajo el liderazgo de

Marc Van Montagu y Jeff Schell tuvo como base los trabajos pioneros de Armin

Braum en los Estados Unidos, Mary-Dell Chilton en los Estados Unidos, Rob

Schilperoort en los Pases Bajos y Marc Van Montagu y Jeff Schell en Blgica.

Desde entonces, prcticamente no hay un da en la prensa en la que no haya una

noticia que involucra a los organismos genticamente modificados (OGMs). Desde

la destruccin de sembrados de arroz dorado, hasta la prohibicin de sembrar

soya transgnica en la Pennsula de Yucatn para que la miel que se vende en

Europa no est contaminada con polen transgnico. Cientficos y organizaciones

ecologistas estn divididos por igual sobre su percepcin acerca de los OGMs.

Tambin ambas partes est n hablando lenguajes diferentes.

Es posible que ambas partes de la ecuacin tengan parte de la razn. Un

anlisis de todos los hechos puede llevarnos a una solucin razonada. Hay que

preservar la biodiversidad? Absolutamente. Debemos hacer todo lo que

cientficamente sea posible para conservar las especies silvestres, as como las

semillas de las variedades criollas. Esto, alrededor del mundo. Las ventajas,

bondades y recompensas de la biotecnologa vegetal deben llegar tambin a los

productores y no quedarse slo en las grandes compaas. Tambin debe tenerse

consciencia de que la agricultura tradicional modifica genticamente a las plantas.

El maz, las fresas y los jitomates que llevamos a la mesa no existan como tales

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EDITORIAL


en la naturaleza antes de que el hombre inventara la agricultura y modificara a sus

ancestros.

Por el otro lado, debe hacerse consciencia de que la superficie arable del

mundo ya se agot (1,500 millones de hectreas) y al menos de que sigamos

destruyendo la selva y nuestras reservas ecolgicas, necesitamos de otras

soluciones para cultivar los alimentos que necesitamos para una poblacin

creciente. Desde luego el aumento en la produccin es una de ellas; especies ms

resistentes a diferentes extremos ambientales, tanto biti cos como abiticos, est

a la cabeza de todas las investigaciones para mejorar la productividad agrcola.

Entre ellas nuevas variedades que puedan ser cultivadas en los suelos cada vez

ms salinos que nos est dejando el uso intensivo de la irrigacin. Otr a importante

necesidad se encuentra en proporcionar a la poblacin los suplementos

alimenticios que requiere para una buena salud. La produccin de arroz dorado,

para suministrar a la poblacin su requerimiento diario de vitamina A, es un buen

ejemplo al respecto.

Los OGMs, en particular las plantas, estn proporcionando parte de la

solucin. En el ao 2012 se sembraron 170 millones de hectreas, de las cuales el

70% se sembraron en solo cinco pases (Estados Unidos, Brasil, Argentina,

Canad e India). Las dos principales caractersticas para los cuatro principales

cultivos transgnicos que se siembran (soya, maz, algodn y colza) son la

resistencia a insectos y la tolerancia a herbicidas. En los casos de la soya y el

algodn, los cultivos transgnicos son ya ms del 80% del total sembrado.

Otra rea en la que las plantas transgnicas pueden tener un impacto muy

significativo en la produccin de materia prima para la obtencin de

biocombustibles. Sin embargo, an en el campo del uso de las plantas con fines

industriales, se est dando la controversia, como se ve por el cierre de las

plantaciones de papa transgnica en Alemania.

No hay una solucin perfecta a un problema, sobre todo cuando involucra

aspectos culturales como el caso del maz en Mxico. La solu cin no est en

publicitar a los OMGs como la nica y mejor de las soluciones y tampoco en

denigrarlos. La solucin debe darse caso por caso. Para empezar una de las

EDITORIAL


mejores acciones que podemos tomar al respecto es proporcionar informacin

oportuna y verdica sobre los OGMs. En primer lugar, debe dejarse claro que con

el uso de OGMs no se resolvern todos los problemas de la alimentacin humana

y ganadera, pero si pueden resolver problemas especficos. Tambin debe crearse

un programa de educacin de la po blacin en general que deje claro los pros y

contras de los OGMs, de tal forma que un pblico informado pueda tomar

decisiones inteligentes. Debe continuarse con los programas de seguridad

alimentaria, con el fin de recabar informacin suficiente que permi ta llegar a

conclusiones razonables y cientficamente apoyadas sobre su cuestionada

inocuidad. Se esgrime que el uso de OGMs ha propiciado el surgimiento de las

sper malezas. En realidad el causante es el uso de los herbicidas. Es cierto que

el elevado uso de glifosato ha seleccionado sperhierbas, pero se olvida que el

uso de otros herbicidas, como la atrazina, para el cual no se ha modificado

ninguna planta, ha propiciado hasta ahora la aparicin de 64 especies resistentes

a dicho herbicida. Lo mismo ha sucedido con el uso de otros herbicidas.

Los pases que forman la Unin Europea son los que ms se han visto

afectados por este debate. La primera semana de diciembre de 2014, el

Parlamento Europeo, finalmente lleg al acuerdo de que cada pas miembro

podr, en lo particular, tomar la decisin si prohbe o no la siembra de cultivos

transgnicos. Parece una solucin razonable despus del estancamiento que se

haba producido por varios aos.

En Mxico nos toca crear iniciativas que permitan llegar a una solucin sobre

el tema de los OMGs. stas deb en contemplar el respeto por la biodiversidad, los

aspectos culturales y debern propiciar soluciones biotecnolgicas al campo

mexicano.

Dr. Vctor M. Loyola Vargas Unidad de Bioqumica y Biologa Molecular de Plantas, CICY, Calle 43 No. 130,

Col. Chuburn de Hidalgo, CP 97200, Mrida, Yucatn.

E-mail: [email protected]

EDITORIAL


Gua de Autores La revista puede recibir trabajos de investigacin original as como de revisin en los campos de

la biotecnologa y bioingeniera. Todos los manuscritos sern sujetos a revisin por al menos dos

miembros del Comit Editorial y debern contar con una recomendacin de aceptacin para ser

publicados.

Los idiomas de la revista son el Espaol y el Ingls.

Los trabajos se escribirn en hoja tamao carta (21.6 cm x 27.6 cm). Los mrgenes aplicados a

todo el manuscrito sern de 2.5 cm para los extremos superior e inferior, as como 3 cm de cada

lado. Las pginas debern estar numeradas en la parte inferior y central de cada h oja.

Se recomienda que los trabajos completos tengan un mximo de 25 pginas, escritas con un

interlineado de 1.5 renglones, incluyendo las tablas y figuras. Las publicaciones de trabajos

originales y revisiones en la revista Biotecnologa estn exentas de costo para los autores.

Cuando corresponda, se recomienda el uso de abreviaturas para referirse a unidades de tiempo

(h, min, s), de volumen (l, ml, !l), de peso (kg, g, mg, !g), DNA, RNA y otras comnmente

aceptadas en la literatura cientfica.

Los trabajos de investigacin original pueden tocar cualquiera de los diversos campos que

cultivan la biotecnologa y la bioingeniera, desde sus aspectos fundamentales hasta las

aplicaciones de los mismos, incluyendo: microbiologa, bioqumica y biologa molecular, procesos y

proyectos, as como biotecnologa marina y biotecnologa aplicada a la salud, alimentos,

agricultura, veterinaria, enzimas y ambiente.

Los trabajos de investigacin original sern divididos en las siguientes secciones: Introduccin, Materiales y mtodos, Resultados, Discusin, Referencias y Agradecimientos. Las secciones de Resultados y Discusin pueden presentarse combinadas.

Los trabajos de revisin incluirn el tema y subtemas que a juicio de los autores sean

necesarios para la mejor presentacin de la informacin. Estos trabajos pueden cubrir los

siguientes contenidos:

1. Qu es y para qu sirve la Biotecnologa?. Es decir: descripciones que ilustren y divulguen los

distintos campos de la biotecnologa, sus alcances y limitaciones, su historia y sus

perspectivas.

2. Las fronteras de la biotecnologa: revisiones de nuevos campos o nuevas aplicaciones de la

biotecnologa. Por ejemplo: las perspectivas del uso de los genomas para el desarrollo de

nuevas drogas o para el tratamiento de enfermedades metablicas. Las perspectivas de la

genmica (estudio sistemtico de los genes y sus aplicaciones), la protemica (predicci n de la

expresin de los genes en protenas funcionales) y la fenmica (prediccin de fenotipos o

conductas de los organismos, en base a sus genes y a sus protenas). El uso de la ingeniera


gentica para hacer ingeniera metablica. Los nuevos tipos de re actores biolgicos y los

fenmenos de transporte implicados. Los nuevos esquemas de reaccin, separacin y control

en procesos biotecnolgicos.

3. Aplicaciones de la Biotecnologa para resolver problemas o atender necesidades de la

sociedad, con especial atencin a sus aplicaciones ya vigentes en Mxico. Esta seccin ser

dedicada a una empresa o institucin (pblica o privada) que desee difundir los logros

obtenidos en algn campo de la biotecnologa. Por ejemplo: empresas productoras de

antibiticos o prod uctos biolgicos, empresas de ingeniera ambiental que usen procesos

biotecnolgicos, empresas agropecuarias, forestales o de acuacultura que usen tecnologas

biolgicas avanzadas, o empresas de transformacin de alimentos que utilicen enzimas,

cultivos de microorganismos, etc. Esta lista es indicativa pero no exhaustiva.

4. Problemas de bioseguridad, biotica y biodiversidad relacionados con las aplicaciones de la

biotecnologa a la sociedad. Por ejemplo: anlisis y comentarios sobre los debates acerca del

uso de semillas transgnicas, los problemas de conservacin y explotacin de la biodiversidad

mediante la biotecnologa, los riesgos del uso de organismos transgnicos en diversos campos

de la industria, los problemas de bioseguridad del uso de antibiticos y otros productos

biotecnolgicos.

5. La educacin, la cultura y la difusin tecnolgica en relacin con la biotecnologa. Por ejemplo:

comentarios de planes y programas, de estilos y necesidades de la enseanza, del enfoque

interdisciplinario, en carreras o planes de estudio directamente ligados con la biotecnologa.

Tambin necesidades y modalidades sobre programas de extensin educativa para la

industria, para el pblico consumidor o para grupos selectos de personas interesadas en la

biotecnologa (polticos, funcionarios de empresas, lderes de opinin). El uso de la informtica

en la difusin de la biotecnologa, y en general, el anlisis de necesidades, mtodos y

alternativas para difundir los conocimientos de la biotecnologa.

6. Oportunidades y propuestas para mejorar la cooperacin y el desarrollo biotecnolgicos . Por

ejemplo: Anlisis de las oportunidades vigentes de intercambio acadmico o comercial en

biotecnologa. Propuestas de nuevas formas de cooperacin entre los sectores de

investigacin y la i ndustria biotecnolgica. Anlisis y propuestas del uso ptimo de recursos

humanos, financieros o materiales para mejorar la cooperacin o el desarrollo de la

biotecnologa. En esta seccin se dar espacio a los anlisis, crticas o propuestas de los

aspectos legales y fiscales que afecten e incluso puedan mejorar el desarrollo de la

biotecnologa en Mxico. Tales como: la propiedad industrial, el rgimen fiscal de las

empresas, el costo del desarrollo biotecnolgico y los subsidios o estmulos econmicos pa ra

el desarrollo de la biotecnologa.

Tanto los trabajos de investigacin original como las revisiones debern apegarse al siguiente

formato:


1. El ttulo del manuscrito ser puesto en negritas con letra Arial o equivalente tamao 14. El ttulo deber estar centrado.

2. El nombre de los autores ocupar los siguientes renglones escribiendo el nombre y primer

apellido de cada participante. Se usar letra Arial o equivalente tamao 12. Los nombres de los participantes debern estar centrados, sealando con un asterisco el autor responsable de la

publicacin. En el siguiente rengln con letra itlica Arial del mismo tamao, se incluir la

direccin postal de la institucin de adscripcin de los autores, as como el e -mail del autor

corresponsal.

3. Se deber aadir un Resumen de no ms de 250 palabras en Espaol y un Abstract en Ingls de tamao similar.

4. Se incluirn entre 3 a 6 Palabras clave: que permitan clasificar el artculo en una base de datos.

Estas palabras debern de incluirse en Esp aol y en Ingls ( Key words:).

5. Si el texto inicia con el nombre de algn subtema, ste de pondr como primera lnea en

cursivas con letra Arial o equivalente tamao 10. Despus en el siguiente rengln se iniciar el texto descriptivo usando letra Arial o equivalente tamao 10. El texto deber ser escrito con un interlineado de 1.5 renglones. Se deber dejar un espacio de un rengln al inicio de una

seccin o subtema nuevo. Los gneros y especies debern escribirse en letras itlicas.

6. Las figuras debern numerarse con arbigos, correlativamente en orden de aparicin en el

texto. No se integrarn al texto, sino al final del manuscrito. No obstante, para facilitar el

trabajo de edicin, se recomienda indicar la ubicacin de las mismas en el moment o en que

son mencionadas por primera vez en el texto. Las figuras deben incluir un breve ttulo

explicativo en la parte inferior de la misma. Si es necesario incluir fotos, stas se debern

designar como figuras. La impresin de las figuras e imgenes se h ar en blanco y negro, por

lo que se recomienda que muestren un buen contraste, en especial las figuras con varias

lneas. Segn el orden de aparicin en el texto, las tablas tambin se numerarn con arbigos

ubicados en la parte superior de las mismas e incluirn un breve ttulo explicativo. Las notas en

las tablas debern ser indicadas con letras minsculas en superndice. La ubicacin de las

tablas ser sealada en el texto pero se anexarn en hojas separadas despus de las

Referencias.

7. La informacin dada como referencias bibliogrficas deber permitir a los lectores llegar con

facilidad a tal fuente de informacin original, si ello fuera necesario. En el texto del trabajo, las

referencias se citan por autor y ao entre parntesis redondos. Por eje mplo: Martnez &

Garca (1999) han demostrado que..., o bien, Datos recientes (Martnez & Garca, 1999)

han demostrado que.... Si la cita posee varios autores se escribira como sigue: Gutirrez et

al., (2003), han demostrado". O bien: Datos recientes (Gutirrez et al., 2003) han

mostrado" Si la cita es es una pgina de Internet, sta deber ponerse completa entre


parntesis directamente en el texto donde se mencione. La lista de Referencias se deber escribir con el mismo tipo de letra del texto principal (Arial tamao 10) de acuerdo al siguiente formato:

Para revistas:

Garca-Carreo F, Cota K & Navarrete del Toro MA (2008) Phenoloxidase activity of hemocyanin in

whiteleg shrimp, Penaeus vannamei: conversion, characterization of catalytic properties, and

role in postmortem melanosis. J. Agric. Food Chem. 56: 6454-6459.

Para libros y captulos de libros:

(Libro)

Ullrich M (2009) Bacterial Polysaccharides: Current Innovations and Future Trends. Horizon

Scientific Press, Norwich.

(Captulo de libro)

Snchez S & Demain AL (2009) Metabolic regulation and overproduction of primary metabolites. In:

Encyclopedia of Industrial Biotechnology. Bioprocess, Bioseparation, and Cell Technology

(EIB). Flickinger MC (ed). John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, NJ. pp. 396-458.

Para patentes:

Fenical WH, Jensen PR & Kwon HC (2009) Polyol macrolide antitumor-antibiotics from the marine

actinomycete strain CNQ140. US patent 7,521,414.

Para congresos y reuniones: Se aceptarn un mximo de dos citas de este tipo.

Reyes N, Domnguez RM, Islas I & Solis S (2007) Induccin diferencial por pH y temperatura del

Complejo pectinoltico producido por clulas inmovilizadas de Aspergillus HL. XII Congreso

Nacional de Biotecnologa y Bioingeniera. Morelia Mich. Mxico. OIII -12.

Para citas provenientes de internet: Se aceptar un mximo de dos citas de este tipo.

Van Deuren J, Wang Z & Ledbetter J (1997) Remediation Technologies Screening Matrix and

Reference Guide. 3 Ed. Technology Innovation Office, EPA. Disponible en:

http://www.epa.gov/tio/ remed.htm.

Revistas electrnicas: Sun J, Lu X, Rinas U, & Zeng AP (2007) Metabolic peculiarities of Aspergillus niger disclosed by

comparative metabolic genomics. Genome Biol. 8: R182.

Para tesis de pre y posgrado:


Crdenas C (2009) Evaluacin del uso biotecnolgico de la semilla de Ditaxis heterantha para la

Produccin de safranal. Tesis de Maestra en Ciencias Bioqumicas. Universidad Nacional

Autnoma de Mxico. Mxico D.F. pp. 1 -78.

Cada autor es responsable de la precisin de las citas que emplea. Las citas de internet,

congresos y reuniones, debern evitarse al mximo.

Una vez que ha sido revisado y aceptado su trabajo, los autores debern enviar una carta de

cesin de los Derechos de Autor, de ma nera que la Sociedad Mexicana de Biotecnologa y

Bioingeniera pueda hacer uso del artculo aceptado, o parte de l, con fines de divulgacin y

difusin de la actividad cientfica y tecnolgica. En ningn caso, dichos derechos afectan la

propiedad intelectual que es propia de los autores, para usar la totalidad o parte de ese artculo

con fines no lucrativos.

Los trabajos solamente se reciben va correo electrnico en la direccin

[email protected] Al momento de recibirlo, se enviar un acuse de recibo al autor

corresponsal, por lo que se pide ncluir una direccin de correo electrnico para este fin, as

como para mantener comunicacin con el editor sobre la evolucin de la revisin y sobre la

aceptacin del mismo.

Una vez aceptados, los trabajos son editados y enviados a los autores para su correccin. En

esta condicin no se permitirn cambios sustanciales en el contenido de los mismos sin la

aprobacin del editor en jefe. Una vez aprobada la pr ueba, el trabajo se publicar en lnea y

podr ser consultado en la pgina de la Sociedad Mexicana de Biotecnologa y Bioingeniera

AC http://www.smbb.com.mx/ La publicacin en lnea preceder a la publicacin impresa.


Actividades Enzimticas de Hongos para el Pre-tratamiento de Residuos Lignocelulsicos

Peggy Elizabeth lvarez -Gutirrez*, Zazil Corzo -Gonzlez , Gustavo

Yaez -Ocampo y Yolanda del Carmen Prez -Luna

Universidad Politcnica de Chiapas. Calle Eduardo J. Selvas S/N. Col.

Magisterial C.P. 29010. Tuxtla Gutirrez, Chiapas. Tel. 01961 61 204 84 ext.218

*E-mail: [email protected]!

RESUMEN Chiapas es a nivel nacional uno de los estados con mayor actividad agrcola, como

consecuencia de esta actividad se generan anualmente toneladas de residuos agroindustriales

(ricos en biomasa lignocelulsica). Una alternativa para el aprovechamiento de est os residuos es la

produccin de biocombustibles. Sin embargo , el principal factor limitante para su uso es la

composicin de la pared celular vegetal hecha de celulosa, hemicelulosa y lignina, ya que por su

estructura qumica ofrece resistencia a la biodegradacin. El uso de hongos es una opcin para el

pre-tratamiento de los residuos agroindustriales, ya que poseen enzimas lignocelulolticas

agrupadas en celulasas, hemicelulasas y ligninasas. Estas enzimas representan la clave para

emplearse en procesos biotecnolgicos que usen la biomasa vegetal como materia prima para

mejorar el rendimiento de productos de biocombustibles, alimentos, textiles, papel, biorremediacin

entre otros. En este documento se presenta una revisin de las principales actividades enzimticas

producidas por hongos de la pudricin blanca para el pre -tratamiento de la biomasa lignocelulsica

abundante en el estado de Chiapas.

Palabras clave: biomasa lignocelulsica ; residuos agroindustriales de Chiapas; celulasas; hemicelulasas; ligninasas.

ABSTRACT

At the national level, Chiapas is one of the states with higher agriculture activity and

because of this, tons of agro-industrial residues (rich in lignocellulosic biomass) are generated.

One alternative for these residues utilization is biofuel production. However, one of the main

handicaps for their utilization is the plant cell wall composition. The cell wall is made up of

cellulose, hemicellulose and lignin, which due to their chemical structure, are materials naturally

resistant to biodegradation. Fungi represent an alternative for pretreatment of agro-industrial

residues since they produce lignocellulolytic enzymes grouped as cellulases, hemicellulases and


ligninases. These enzymes are key factors for biotechnological processes that employ plant

biomass as a row material to improve the yield of products like biofuels, foods, textiles, paper

and bioremediation, among others. In this paper, a review on the main enzymatic activities

produced by the white rot fungus for pre-treatment of the abundant lignocellulosic biomass in

Chiapas, is presented.

Key words: lignocellulosic biomass, Chiapas agro-industrial residues, cellulases, hemicellulases,

ligninases

INTRODUCCIN

A nivel nacional Chiapas, ocupa el

primer lugar en produccin de caf cereza y

palma de aceite, quinto lugar en maz y sexto

lugar en caa de azcar (SIAP, 2013). Como

consecuencia de la intensa actividad

agrcola, se generan residuos

agroindustriales derivados de la

transformacin agroindustrial. Las

estimaciones indican que mas del 40% del

total de la produccin se convierte en residuo

(Tabla 1).

!

Tabla 1. Cultivo, produccin anual y estimacin de residuos agroindustriales en Chiapas

Cultivo Produccin anual

(ton)

ndice de residuo

de cultivo

Estimacin de residuos

agroindustriales (ton)

Caf 499,105.16 0.24 119,785.23

Palma de aceite 382,541.67 N.D N.D

Maz 1,529,385.18 0.30 458,815.55

Caa de azcar 2,931,356.98 0.15 439,703.55

Obtenido de: SIAP, 2013; Valdez-Vazquez et al., 2010. N.D. No disponible

La agroindustria del caf utiliza

nicamente el 9.5% de biomasa

aprovechable y el 90.5% restante son

residuos, mientras que la industria del aceite

de palma utiliza el 9% y el 91% restante es

residuo (Saval, 2012). Estos materiales, por

su composicin tambin son co nocidos como

biomasa lignocelulsica cuyos principales

componentes son la celulosa, hemicelulosa y

lignina; la proporcin de cada uno es

diferente en funcin del origen del residuo

agrcola (Rubin, 2008). Esta biomasa podra

ser aprovechada para la produccin de

biocombustibles como metano (Fidel et al.,

2014) y etanol (Aldana et al., 2014).

La biomasa lignocelul sica ofrece

resistencia a la biodegradacin, el cual es un

factor limitante si se desea aprovechar para


producir etanol. Los organismos que llevan a

cabo la fermentacin alcohlica en general

carecen de la capacidad para degradar

madera. En contraste, los microorganismos

mejor estudiados responsables de la

transformacin de biomasa lignocelul sica

son los hongos ligninocelulolticos,

particularmente los hongos de la

podredumbre blanca, debido a que poseen

enzimas extracelulares capaces de hidrolizar

y transformar a los principales componentes

de la biomasa lignocelul sica. El estudio de

la actividad enzimtica celulasa,

hemicelulasa y ligninasa es la clave en los

procesos de pre-tratamiento la biomasa

lignocelulsica a fin de aumentar el

rendimiento en la produccin de etanol . Los

pretratamientos qumicos que actualmente se

utilizan requieren de la inversin de energa,

adem s de presentar inconvenientes desde

el punto de vista ambiental, por lo que el pre-

tratamiento es la etapa m s costosa del

proceso, aproximadamente el 33% del costo

total (Martins et al., 2011).

El as como la exploracin de la

biodiversidad fngica y de su potencial

enzimtico es de vital importancia para

incrementar la eficiencia de conversin

enzimtica de la biomasa lignocelul sica en

sus principales monmeros de carbohidratos

fermentables (Arantes et al., 2012). Por lo

antes descrito, en el presente reporte se

abordarn las principales actividades

enzimticas de los hongos de la

podredumbre blanca sobre residuos

agroindustriales ricos en biomasa

lignocelul sica con potencial biotecnolgico

para su uso en el pretratamiento de residuos

agroindustriales abundantes en el estado de

Chiapas.

APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS

AGROINDUSTRIALES

Los residuos son materiales en estado

slido o lquido que se generan a partir del

consumo directo de productos primarios o de

su industrializacin y que ya no son de

utilidad para el proceso que los gener, pero

que son susceptibles de aprovechamiento o

transformacin para generar otro producto

con valor econmico, de inters comercial y/o

social (Saval, 2012).

Particularmente los residuos

agroindustriales pueden ser aprovechados

entre otros, como materia prima para la

produccin de etanol. A partir de residuos del

bagazo de caa se ha observado que tiene el

potencial de produccin de etanol de entre 33

mil y 260 mil m3 al ao (Orozco et al., 2014).

Para Chiapas, el bagazo de caa de azcar

del ingenio de Pujiltic y Huixtla tiene el

potencial para ser usado en la produccin de

biocombustibles (Valdez-Vazquez et. al.,

2010). Adems, dos residuos abundantes en

Chiapas son el cascabillo de palma de aceite

y la pulpa de caf estn compuestos de

material lignocelulsico por lo que pueden

ser utilizados tambin para este fin (Tabla 2).

B


Tabla 2. Composicin de residuos lignocelulsicos:

Residuo Celulosa

(%)

Hemicelulosa

(%)

Lignina

(%) Referencia

Bagazo de caa 35.31 24.01 22.85 (Bizzo et al., 2014)

Pulpa de caf 63.00 02.30 17.50 (Murthy & Naidu, 2012)

COMPOSICIN Y ESTRUCTURA QUMICA

DE LA BIOMASA LIGNOCELULSICA

La biomasa lignocelulsica es producida

por la accin fotosinttica de las plantas,

representa la fuente orgnica renovable mas

abundante del Planeta (Quiroz-Castaeda et

al., 2011). La lignocelulosa se encuentra en

las paredes celulares de las plantas y est

compuesta principalmente por tres polmeros:

celulosa, hemicelulosa y lignina (Figura 1 y

Tabla 3). Existe un entrecruzamiento entre la

celulosa, hemicelulosa y lignina para

conformar la pared celular (Prinsen, 2010).

La celulosa es el biopolmero m s

abundante de la Tierra, consiste en cadenas

lineales de aproximadamente 8,000 a 12,000

residuos de glucosa, unidas por enlace #

1$4. Un residuo de glucosa es la unidad

monomrica de la celulosa, mientras que el

dmero de la celobiosa es la unidad

estructural repetitiva de la cadena. La

celulosa est formada por regiones

cristalinas y amorfas. En la regin cristalina,

las cadenas de celulosa se encuentran

estabilizadas por puentes de hidrgeno y

fuerzas de Van der Waals, resultando

microfibrillas, que son agregados muy

extensos y cristalinos. La regin amorfa est

formada por cadenas de celulosa con

organizacin ms dbil. Todas las cadenas

de celulosa se encuentran polarizadas, tiene

un extremo reductor y otro no reductor

(Martins et al., 2011).

La hemicelulosa es el segundo

componente mas abundante en la biomasa

lignocelulsica (Rubin, 2008). A diferencia de

la celulosa, la hemicelulosa es un

heteropolisacrido no cristalino, de estructura

compleja, compuesto por varios monmeros

tales como pentosas (#-D-xilosa, %-L

arabinosa), hexosas (#-D-manosa, #-D-

glucosa, %-D-galactosa), y/o cidos urnicos

(%-D-glucurnico, %-D-4-O-metilgalacturnico

y %-D-cido galactur nico) y xilano (Martins

et al., 2011). El xilano es el principal

componente de la hemicelulosa, contribuye

con el 70% de sta estructura ( Dashtban et

al., 2009). El xilano consta de una cadena

principal de xilopiranosa (xilosa), unidos por

enlace # 1$4, co n ramificaciones de

unidades de az cares y grupos acetilo

(Martins et al., 2011).

La lignina es una fuente renovable de

polmero aromtico que se encuentra en la

naturaleza. Debido a su compleja y

heterognea estructura, es qumicamente


A. B.

C.

Fig. 1. Estructura qumica de la biomasa lignocelulsica: A. Celulosa B. Hemicelulosa (1. endoxilanasa, 2. arabinofuranosidasa, 3. glucuronidasa, 4. feruloil esterasa, 5. Acetil xilano esterasa) y C. Lignina. Modificado de: Alonso et al., 2010; Martins et al., 2011, Rubin 2008.

recalcitrante a la descomposicin por la

mayora de los microorganismos (Martins et

al., 2011). Este heteropolmero amorfo

consiste en tres unidades repetitivas de

derivados de alcohol diferentes: alcohol p-

cumaril, alcohol coniferil y alcohol sinapil

(Quiroz-Castaeda et al., 2011).

HONGOS DEGRADADORES DE BIOMASA

LIGNOCELULSICA

La descomposicin biolgica de los

materiales lignocelulsicos, desempea un

papel esencial en el ciclo de carbono en

ecosistemas terrestres y forestales. Existen

microorganismos capaces de degradar la

estructura recalcitrante de la lignina, a

monmeros de carbohidratos solubles y

fermentables. Entre ellos destacan los

hongos, tanto los de pudricin blanca y como

hongos de pudricin caf (Arantes et al.,

2012). Chiapas es una regin mega diversa

en donde se pueden encontrar una gran


Tabla 3. Caractersticas de la composicin bioqumica de la biomasa lignocelulsica

Componente Unidad

Monomrica Enlace Caractersticas

Celulosa Glucosa # 1$ 4

Proporciona rigidez a la pared celular. La cadena

de polmeros de celulosa es insoluble y forman

microfibrillas cristalinas, que hacen que los

azcares sean de difcil acceso. La regin amorfa

de la celulosa es mas susceptible a la hidrlisis

enzimtica.

Hemicelulosa

Xilosa

Arabinosa

Glucosa

Manosa

Galactosa

cido s

urnicos

# 1$ 4

# 1$ 3

Une las fibras de celulosa en microfibrillas y forma

enlaces cruzados con la lignina, creando una red

compleja de enlaces que proveen una fuerza

estructural. Es insoluble en agua, pero se disuelve

en medio alcalino.

Lignina

p-Cumaril

Coniferil

Sinapil

ster # -O-4

#-5

Proporciona resistencia a la pared celular frente a

insectos y patgenos, con la hemicelulosa forma

una matriz alrededor de la celulosa; es el material

mas recalcitrante. Desempea funciones de

transporte de agua, nutrientes y metabolitos en el

sistema vascular

Obtenido de: Zhao et al., 2012; Quiroz-Castaeda et al., 2011; Prinsen 2010; Alonso et al., 2010;

Rubin 2008; Martins et al., 2011.

variedad de hongos de pudricin blanca tales

Auricularia auricula, Cookeina sulcipes,

Cookeina tricholoma, Earliella scabrosa,

Ganoderma, Picnoporus sanguineus,

Pleurotus ostreatus, Ramaria sp.,

Schizophyllum commune, Trametes sp. entre


otros (Chanona-Gmez et al., 2007, Shepard

et al., 2008, Martnez-Carrera 2010,

Chanona-Gmez et al., 2014). Estas

especies tienen actividades enzimticas que

les permiten degradar la biomasa. Diversos

autores han descrito a estos hongos en otras

partes del mundo y han reportado estas

actividades y sus aplicaciones

biotecnolgicas (Tabla 4). Los hongos de

pudricin blanca , tienen la

Tabla 4. Enzimas lignocelulolticas de hongos de pudricin blanca

Taxa Enzima Inters Referencia

Auricularia auricula Manganeso

peroxidasa

Comestible,

Biotecnolgico Liers et al., 2010

Cookeina sulcipes Lacasa, celobiosa

hidrogenasa Comestible Chaparro et al., 2009

Cookeina tricholoma Lacasa, celobiosa

hidrogenasa

Comestible,

Ldica Chaparro et al., 2009

Earliella scabrosa

Celobiosa

hidrogenasa,

lacasa

Antifgico Chaparro et al., 2009

Peng & Don, 2013

Ganoderma lucidum Lacasa

galactosidasa

Medicinal (antiviral,

hipoglicmico,

hipocolesterolmico,

antitumoral, entre

otros)

Quimiopreventivo

(Actividad Anti-HIV)

Songulashvili et al.,

2011

Sripuan et al., 2003

Chen & Miles, 1996

Chang, 1996

Kim et al., 1996

Picnoporus

sanguineus

Manganeso

peroxidasa, lacasa,

lignina peroxidasa

Biotecnolgico

(Decoloracin de

colorantes sintticos)

Gomes et al., 2009

Pleorotus ostreatus Lacasa,

manganeso Comestible, Dvila -Vzquez et al.,


peroxidasa, lignina

peroxidada.

Biotecnolgico

(bioremediacin),

Medicinal (antiviral,

hipocolesterolmico,

antitumoral, entre

otros)

2005

Singh et al., 2013

Mori et al., 1987

Mikiashvili et al., 2006

Nandal et al, 2013

Martins et al., 2011

Ramaria sp Lacasa Biotecnolgico Chaparro et al., 2009

Schizophyllum

commune

Magnesio

peroxidasa, lignina

peroxidasa, acetil

xilan esterasa

Comestible Irshad & Asgher, 2011

Buruian& et al., 2013

Trametes sp Lacasa, celobiosa

hidrogenasa Biotecnolgico

Chaparro et al.,

2009

capacidad de degradar la lignina y

mineralizarla a CO2 y H2O (Arora & Sharma,

2010) a partir de enzimas como la lignina

peroxidasa (LiP), manganeso peroxidasa

(MnP), lacasa (Ponce et al., 2012). Los

hongos de pudricin caf degradan celulosa

y hemicelulosa (Arora & Sharma, 2010),

siendo capaces de modificar la estructura

qumica y composicin de la lignina en la

pared celular de la biomasa lignocelulsica a

travs de reacciones de oxidacin, cre ando

el acceso a los componentes de dicha pared,

sin embargo no la degradan completamente

(Arantes et al., 2012).

ENZIMAS FUNGICAS DEGRADADORAS DE BIOMASA

Las enzimas hidrolticas catalizan la

hidrlisis de varios enlaces, i ntroduciendo

elementos del agua, H+ y OH-, produciendo

as su rompimiento. Se denominan de

acuerdo con el nombre de su sustrato

seguido del sufijo asa. Para la degradacin

de la biomasa lignocelulsica se necesitan de

enzimas celulolticas, hemicelulolticas y

ligninolticas (Figura 2).

ENZIMAS CELULOLTICAS

Las enzimas celulolticas actan en

sinergia para la degradacin de celulosa.

Este sistema enzimtico , incluye tres tipos de

celulasas: a) Las endoglucanasas

(E.C.3.2.1.4) inician el ataque de forma

aleatoria en mltiples sitios internos de las

regiones amorfas de la fibra de celulosa, que


abre sitios para el subsecuente ataque de las

celobiohidrolasas. b) Las celobiohidrolasas

(E.C.3.2.1.91) tambin conocidas como

exoglucanasas, eliminan un disacrido

conocido como celobiosa de ambos lados de

la cadena de glucano de la regin cristalina

de la celulosa. c) La #

Fig. 2. Las enzimas fngicas degradadoras de biomasa lignocelulsica

glucosidasa (E.C.3.2.1.21) hidroliza la

celobiosa y en algunos casos celo-

oligosacridos de cadena corta a glucosa!

HDashtban et al., 2009, Martins et al., 2011;

Ratanakhanokchai et al., 2013). En la Figura

3 se presentan las principales enzimas

celulolticas y en la Tabla 5 se presentan las

reacciones generales con la frmula qumica

de los sustratos y los productos de reaccin,

adems d el pH y la temperatura ptima

descritos por diversos autores.

ENZIMAS HEMICELULOLTICAS La ruptura hidroltica de la hemicelulasa

requiere al menos de siete enzimas, debido a

la heterogeneidad del compuesto.

Su completa degradacin requiere la

accin cooperativa de enzimas hidrolticas


llamadas hidrolasas (Dashtban et al., 2009).

Las xilanasas se clasifican segn la accin

con los sustratos: endo-1,4-#-xilanasa

(E.C.3.2.1.8) genera xilo-oligosacridos al

hidrolizar los enlaces # 1$4 glucosdicos de

la cadena principal del xilano; mientras que

1,4-#-xilosidasa (E.C.3.2.1.37) produce xilosa

de xilobiosa y de cadena cortas de xilo-

oligosacridos. Adems, de la degradacin

del xilano se necesita enzimas accesorias

tales como %-L-arabinofuranosidasa

(E.C.3.2.1.55) que elimina L-arabinosa de

Fig. 3. Enzimas celulolticas (ExoGlu: Exoglucanasa, EndoGlu: Endoglucanasa). Modificado de

Ratanakhanokchai et al., 2013.

las cadenas laterales de xilosa; %-

glucoronidasa (EC 3.2.1.39) es una de las

hemicelulasas mas comunes, hidroliza los

enlaces glucosdicos % 1$2 entre residuos

de cido glucornico y unidades de cadena

principal del glucoronoxilano; acetil xilano

esterasa (E.C.3.1.1.72) elimina los grupos O-

acetilo de posiciones 2 y/o 3 entre los cidos

glucornicos y la # -D-xilanopinanosil,

unidades encontradas en la cadena del

glucoronoxilano; esterasa del cido ferulico

(E.C.3.1.1.73) presenta un papel clave en


Tabla 5. Reacciones generales de las enzimas celulolticas

Enzima Reaccin

Celulasa

(endoglucanasa)

E.C. 3.2.1.4

pH ptimo: 5a

Temperatura

ptima: 50oCa

Celohexosa + H2O = 2 celotriosa

Celobiohidrolasa

(exoglucanasa)

E.C. 3.2.1.91

pH ptimo: 5 b

Temperatura

ptima: 40oCb

2 Celohexosa +2H2O = 2 celotriosa + 2 celotetraosa + celobiosa

#-glucosidasa

E.C. 3.2.1.21

pH ptimo: 5 c

Temperatura

ptima: 50 oCc

Celoheptosa + 6H2O = 7 #-D-glucosa

el incremento de la hidrlisis enzimtica,

permite la accesibilidad de las fibras de la

celulosa debido a la eliminacin del cido

ferlico de las cadenas laterales; la %-

galactosidasa (E.C.3.2.1.22) elimina residuos

de galactosa (Ratanakhanokchai et al., 2013,

Martins et al., 2011). Ver Figura 4 y Tabla 6.

+ H2O = 2

+ 2 2H2O = 2 +

2

+ 6H2O = 7


Fig. 4. Enzimas hemicelulolticas. Modificado de Ratanakhanokchai et al., 2013.

Tabla 6. Reacciones generales de las enzimas hemicelulolticas

Enzima Reaccin

endo-1,4-#-

xilanasa

E.C. 3.2.1.8

pH ptimo: 5a

Temperatura

ptima: 50oCa

(Xyl#(1-4))n + H2O = (Xyl#(1-4))n-m + (Xy#(1-4))m

1,4-#-xilosidasa

E.C. 3.2.1.37

pH ptimo: 5b

Temperatura

ptima: 55oCb

(Xyl#(1-4))x + H2O = #-D-xylopyranosa + (Xyl#(1-4))x-1

+ H2O = P!!

+ H2O = +


%-L-arabinofura-

nosidasa

E.C. 3.2.1.55

pH ptimo: 4c

Temperatura

ptima: 60oCc

1,5-%-L-arabinofuranohexosa + 5H2O = 6 %-L-arabinofuranosa

%-glucoronidasa

E.C. 3.2.1.139

pH ptimo: 4.8 d

Temperatura

ptima: 40 oCd

%-glucoronoside + H2O + alcohol = %-D-glucoronato

Acetil xilano

esterasa

E.C. 3.1.1.72

pH ptimo: 7.7e

Temperatura

ptima: 30oCe

acetil xilano + 3 H2O = 3 cido actico + xilano

! !

+ H2O + =

+ 5H2O = 6

+ + 3 H2O = 3


Feruloil esterasa

E.C. 3.1.1.73

pH ptimo: 4f

Temperatura

ptima: 50oCf

Feruloil-polisacrido + H2O = ferulato + polisacrido

%-Galactosidasa

E.C. 3.2.1.22

pH ptimo: 6 g

Temperatura

ptima: 70 oCg

Rafinosa + H2O = sacarosa + %-D-galactopiranosa

a,eSchizophyllum commune, bTrichoderma sp, c,fAspergillus niger, dPleurotus ostreatus, gGanoderma lucidum. Obtenido de: Schomburg, 2014.

ENZIMAS LIGNINOLTICAS Las principales enzimas de la lignina

son: lacasa, lignina peroxidasa (LiP) y

manganeso peroxidasa (MnP) (Nandal et al,

2013) (Tabla 7). La lacasa (E.C. 1.10.3.2) es

una protena multicobre perteneciente a la

familia de las enzimas oxidasa azul, se

clasifica como una fenoloxidasa y cataliza la

oxidacin de diversos compuestos

aromticos e inorgnicos (fenoles en

particular), al mismo tiempo reduce el

oxgeno a agua; los colorantes fenlicos ,

fenoles, clorofenoles, algunos difenilmetanos

y benzopirenos son sustratos oxidados por

esta enzima; la enzima lacasa puede

degradar la lignina incluso en ausencia de

otras ligninasas, tales como MnP y LiP. La

lignina peroxidasa (E.C. 1.11.1.14) es una

glicoprotena que tiene un grupo prosttico

con actividad cataltica dependiente del H2O2,

es una enzima capaz de oxidar diversos

compuestos aromticos no fenlicos , tales

como alcohol benclico, la escisin de las

cadenas laterales de estos compuestos,

catalizando reacciones de la apertura del

anillo aromtico, demetoxilaci n y

decloraci n oxidativa. La manganeso

peroxidasa (E.C. 1.11.1.13) es una enzima

+ H2O = +

+ H2O = +


Tabla 7. Reacciones generales de las enzimas ligninolticas

Enzima Reaccin

Lignina peroxidasa

E.C. 1.11.1.14

pH ptimo: 2 .5a

Temperatura ptima: 25oCa

(3,4-dimetoxifenil)metanol + H2O2 = 3,4 dimetoxibenzaldehdo + 2 H2O

Manganeso peroxidasa

E.C. 1.11.1.13

pH ptimo: 5b

Temperatura ptima: 60oCb

2 Mn(II) + 2 H+ + H2O2 = 2 Mn(III) + 2 H2O

Lacasa

E.C. 1.10.3.2

pH ptimo: 3.5c

Temperatura ptima: 20oCc

4 bencenodiol + O2 = 4 benzosemiquinona + 2 H2O

aPleurotus ostreatus, bSchizophyllum commune, cGanoderma lucidum. Obtenido de: Schomburg,

2014.

extracelular glicosilada que tiene un grupo

prosttico hemo, el mecanismo de reaccin

de la MnP es similar a la LiP, pero en ste

caso los compuestos I y II de MnP oxidan

Mn+2 (Martins et al., 2011). Los productos de

reaccin de las peroxidasas y lacasas, son

txicos para los microorganismos

etanolognicos, por lo que deben ser

eliminados (Saval, 2012).

+ = + 2

+ 2 = 2 + + 2 2

4 + = 4 + 2


Los hongos de pudricin blanca y caf

contienen actividades enzimtica s capaces

de degradar celulosa, lignina y hemicelulosa

para producir compuestos ms simples con

extremos reductores. Estos productos de

degradacin son fermentables, por lo tanto,

pueden convertirse en materia prima para

realizar bioprocesos con las ventajas de su

abundancia, bajo costo y ser ambientalmente

adecuados. Es decir, se puede producir

etanol, metano y otros productos a partir de

biomasa lignoceluloltica con residuos

agroidustriales que hayan sido pretratados.

El uso biotecnolgico de los hongos

lignocelulolticos es una alternativa viable

para contribuir a la produccin eficiente de

biocombustibles utilizando residuos como

materias primas.

CONCLUSIONES

Los residuos agroindustriales como el

bagazo de caa, palma de aceite y pulpa de

caf generados en Chiapas por su alto

contenido en lignina, celulosa y hemicelulosa

requieren de un tratamiento previo a su

aprovechamiento para la produccin de

bioetanol entre otros metabolitos de inters

biotecnolgico. Los hongos de la pudricin

blanca nativos del estado de Chiapas, por su

naturaleza y los sustratos en donde crecen,

pueden tener enzimas de tipo hidrolasas y

oxidoreductasas como lacasa, manganeso

peroxidasa, xilanasas y hemicelulasas. La

degradacin de lignina, celulosa y

hemicelulosa requiere de la participacin en

sinergia del complejo enzimtico de los

hongos revisados en este documento. Lo que

representa un recurso de aplicacin potencial

para el pre-tratamiento y aprovechamiento

biotecnol gico de residuos agroindustriales

generados en el estado de Chiapas.

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!

Los Alimentos: una Aproximacin Protemica en su Estudio Jocelin Rizo, Catalina Crdenas y Romina Rodrguez -Sanoja*

Departamento de Biologa Molecular y Biotecnologa. Instituto de Investigaciones Biomdicas, Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Mxico D.F. 04510 .

E-mail: [email protected].

RESUMEN

La protemica es el estudio a gran escala de las protenas. Permite tener una imagen dinmica

de las protenas que se estn expresando en un momento dado y bajo determinadas condiciones

de tiempo y ambiente. Sus principales aplicaciones se han dado dentro del mbito de la biologa y

medicina. Sin embargo, el desarrollo de nuevas tecnologas y su aplicacin al estud io de matrices

complejas ha permitido su incorporacin al estudio de alimentos, para la bsqueda de nuevos

compuestos bioactivos, evaluacin de la seguridad de los alimentos, identificacin de

biomarcadores de calidad y autenticidad, entre otros. En este trabajo, se presenta una breve

resea de las principales aplicaciones que se le han dado a la protemica en el rea de los

alimentos.

Palabras clave: protemica, alimentos, alrgenos en alimentos, autenticidad de alimentos,

deteccin de patgenos .

ABSTRACT

Proteomics allows to have a dynamic picture of the proteins that are being expressed at a given

time and under certain environmental conditions. Its main applications are given within the field of

biology and medicine. Development of new technologies and their application to the study of

complex matrices has allowed its incorporation to the study of food for finding new bioactive

compounds, evaluation of food safety and identification of quality and authenticity biomarkers,

among others. In this paper, we present a brief overview of the main applications that have been

given to proteomics in the area of food.

Key words: proteomics, food allergens, food authenticity, detection of pathogens

INTRODUCCIN

Las protenas son fundamentales en todos

los aspectos de la estructura y la funcin

celular. Existen muchas clases diferentes de

protenas, cada una de ellas especializadas

en una funcin biolgica diferente:

reacciones catalticas, transporte de

molcula s, traduccin de seales, entre otras

(Lehninger). Adicionalmente, son las

biomolculas ms diversas, en cuanto a

propiedades bioqumicas, composicin y

estructura.


El trmino proteoma fue introducido en

1994 por Wilkins y fue definido como el

estudio del conjunto completo de protenas

codificadas por un genoma en una clula, un

tejido u organismo; en un punto particular en

el tiempo (Martins et al., 2007). A diferencia

del genoma, el proteoma es altamente

dinmico y sus componentes varan en un

organismo, tejido, clula o compartimiento

subcelular como consecuencia de los

cambios en su entorno: situaciones de

estrs, administracin de drogas, seales

bioqumicas, estado fisiolgico o patolgico,

estado metablico y muchas otras

interacciones (Pischetsrieder & Baeuerlein,

2009; Kvasnicka, 2003; Carbonaro, 2004).

Los estudios protemicos, en conjunto con

otras metodologas permiten no slo la

identificacin y cuantificacin de protenas,

sino tambin hacen posible conocer su

localizacin, modificaciones, interacciones,

actividades y funcin.

El crecimiento exponencial de estos

estudios se debe principalmente a la

revelacin de ms y nuevas protenas; al

desarrollo de nuevas tecnologas que se

basan principalmente en la combinacin de

tcnicas ya conocidas y a la posibilidad de

interpretar y analizar grandes cantidades de

datos gracias a los diferentes software que

se han desarrollado

(http://www2.cbm.uam.es/jvazquez/PDFs/Pro

teomica.pdf).

Inicialmente estos estudios se basaban en

la separacin de las protenas por

!

electroforesis en dos dimensiones (Fields),

sin embargo, existen algunas limitaciones

para resolver protenas que son o muy acidas

o bsicas y de bajo peso molecular (Issaq &

Veenstra, 2008).

Para contrarrestar estas limitaciones y

tomando en cuenta que no existe hasta el

momento una sola tcnica capaz de

identificar y cuantificar todos los

componentes de una mezcla compleja de

protenas, es comn la combinacin de la

electroforesis en dos dimensiones junto con

la espectrometra de masas. Para ello, las

protenas son separadas de acuerdo a su

peso molecular y punto isoelctrico, lo que

permite obtener una distribucin uniforme en

la matriz bidimensional. El gel resultante

puede ser considerado como la huella

digital de la muestra y los spots de inters

son escindidos para su digestin y anlisis

por espectrometra de masas. Sin embargo,

la identificacin de cada uno de los spots es

laboriosa y se limita a las protenas de mayor

abundancia.

Una estrategia alternativa, es la

purificacin de las protenas por mtodos

cromatogrficos lo que permite el

enriquecimiento de la muestra y el anlisis de

mezclas complejas de pptidos, tales como

los producidos por la digestin directa de un

proteoma sin necesidad de separar sus

componentes mediante electroforesis

(shotgun) (Aebersold & Mann, 2003).

Existen diferentes ramas de la protemica

que tratan de caracterizar el proteoma

estudiando distintos aspectos del mismo:


Protemica descriptiva o estructural para

todas las protenas expresadas en un

momento y en un contexto.

Protemica comparativa para identificar

diferencias anivel de expresin de

protenas que se asocian a cambios en

las condiciones de un organismo.

Protemica funcional para la identificacin

de conjuntos funcionales de protenas. Es

decir, grupos de protenas que se

localizan en un mismo sitio y que operan

en mutua interaccin (interacciones

protena-protena).

Identificacin de las protenas que forman

un organelo, lo que ha permitido la

elaboracin de mapas moleculares de la

clula (Castellanos et al., 2004).

Las principales aplicaciones se han

desarrollado en el mbito de la protemica

mdica, pero existen an numerosas

limitaciones cuando se trata de estudiar

muestras diferentes, como las ambientales,

donde muchos microorganismos no han

podido ser cultivados en condiciones de

laboratorio y por lo tanto no se tiene

prcticamente ninguna informacin sobre

ellos. El estudios de los proteomas derivados

de todo un conjunto de organismos de un

mismo ecosistema, se denomina

metaprotemica, y aunque es un rea de

reciente desarrollo, ya ha permitido obtener

una visin general de diferentes sistemas

tales como suelo, ambientes marinos, y del

metaproteoma humano del tracto

gastrointestinal (Wilmes & Bond, 2006).

LA PROTEMICA EN EL ESTUDIO DE

ALIMENTOS

Los alimentos son matrices complejas que

tradicionalmente han sido estudiadas desde

una perspectiva qumica, fisicoqumica,

microbiolgica y sensorial. Sin embargo, la

aplicacin de herramientas protemicas en

su estudio podra contribuir en la:

Bsqueda de nuevos comp uestos

bioactivos funcionales

Evaluacin de la seguridad de los

ingredientes alimentarios

Deteccin y control del deterioro de

alimentos o microorganismos patgenos

Identificacin de biomarcadores

Identificacin de protenas causantes de

alergias

Calidad y autenticidad de alimentos

Produccin de ingredientes alimentarios

Procesamiento de alimentos (Kvasnicka)

Al igual que la mayora de las herramientas

novedosas, su insercin en el estudio de

alimentos ha sido lenta. La figura 1 muestra

los resultados obtenidos a partir de una

bsqueda en PubMed con los trminos

protemica y alimentos. Se observa un

incremento a partir del ao 2011. Sin

embargo, en comparacin con otras reas

como la biomedicina, (identificacin de

biomarcadores de diferentes enfermedades o

en diferentes tipos de cncer) su aplicacin

sigue siendo baja.

El primer paso en todo estudio protemico .

Para poder llevar a cabo el estudio de


Fig. 1. Tendencia del estudio protemico en alimentos. http://gopubmed.org/web/gopubmed/

las protenas es necesario disponer de

tcnicas que permitan separarlas,

identificarlas y cuantificarlas. Las tcnicas de

separacin pueden ser dividas en dos

campos: 1) tcnicas electroforticas y 2)

tcnicas cromatografas.

Dentro de las primeras, la electroforesis

en gel de poliacrilamida en dos dimensiones

(2-DE) es el m todo estndar utilizado para

la separacin de las protenas. Este tipo de

geles, permite obtener un arreglo o

despliegue fsico de las protenas,

separndolas por punto isoelctrico y peso

molecular (Bodzon-Kulakowska et al., 2006).

A pesar de que presenta algunas

limitaciones con respecto a la

reproducibilidad, resolucin, y dificultad para

la separacin eficiente de las protenas de

baja abundancia, esta tcnica sigue siendo

uno de los mtodos ms utilizados para

estudiar muestras complejas.

Diferentes protocolos se han desarrollado

para contrarrestar estas limitaciones. Sin

embargo, la extraccin de las protenas sigue

siendo un paso restrictivo en el estudio

protemico, puesto que es necesario lograr la

solubilizacin de todas las protenas

presentes en el sistema (Martins et al., 2007).

Para la seleccin del mtodo de

extraccin, es necesario tomar en cuenta las

caractersticas fsicas y qumicas de la

muestra, para su posterior adaptacin y

optimizacin, d ependiendo del tipo de

muestras y protenas de inters. La

precipitacin de protenas es generalmente

considerada como un paso esencial para su

concentracin y purificacin, ya que permiten


eliminar componentes (azucares solubles,

lpidos, cidos orgnico s entre otros) que

interfieren con el anlisis protemico.

Amoako-Andoh et al. (2014), evaluaron

tres protocolos de extraccin ampliamente

usados en protemica (extraccin con Tritn

X-100, extraccin con SDS y extraccin con

fenol), en combinacin con diferentes

mtodos de precipitacin en una muestra de

pltano. El grado de recuperacin de

protenas depende del mtodo de

precipitacin y re -solubilizacin. Los mayores

rendimientos se obtuvieron con fenol como

agente precipitante en combinacin con

buffer R2D2 (5 M urea, 2 M tiourea, 2%

CHAPS, 2% C7BzO (3-(4-heptil) fenil-3-

hidroxipropil dimetil propanosulfonato de

amonio), 20 mM DTT, 5 mM TCEP-HCl y

0.25% anfolitos), para la solubilizacin de las

protenas.

La complejidad del estudio se incrementa,

cuando el alimento no proviene de un solo

organismo, sino de mezclas complejas de

estos como en los alimentos fermentados. El

pozol por ejemplo, un alimento fermentado

elaborado a partir de masa de maz

nixtamalizado, contiene cantidades

importantes de almidn (75%) y protenas de

reserva del maz (50% del total de protenas)

que interfieren en la deteccin de las

protenas de los microorganismos que

fermentan la masa. A pesar de la

complejidad del sistema se desarroll y

optimiz un protocolo para la recuperacin de

las protenas y su posterior anlisis.

Se observ que a los 15 das de

fermentacin, las protenas mayormente

representadas pertenecen al grupo de las

bacterias acido lcticas, principalmente del

gn ero Lactobaciilus, mientras que los

hongos estn representados por Aspergillus.

En ambos casos, las protenas

predominantes son las relacionadas al

metabolismo de carbohidratos y produccin

de energa (Crdenas et al., 2014).

En el vino, la concentracin de protenas

es baja pero estas tienen un papel crucial en

sus caractersticas. La mayor limitante que

exista para el estudio de la protemica del

vino era la falta de mtodos adecuados para

la extraccin y posterior separacin de las

protenas por 2-DE. Mainente et al. (2014),

optimiz la extraccin de protenas en una

muestra de vino tinto (cv. Carbernet) para su

posterior separacin y anlisis por masas. La

concentracin de protena extrada fue de

115 25.1 mg de protena/L y se lograron

identificar tanto protenas del vino como de

Botrytis cinerea lo que podra indicar posible

infeccin de las uvas.

DETECCIN DE MICROORGANISMOS

PATGENOS

Una aplicacin directa de la protemica de

alimentos es la deteccin de

microorganismos patgenos. Las

enfermedades transmitidas por alimentos

(ETA) se producen por la ingestin de

alimentos y/o bebidas contaminadas con

estos microorganismos. Constituyen un

importante problema de salud pblica debido

a su alta incidencia, a la resistencia que

presentan y a la existencia de muchos

grupos vulnerables. Su presencia, es un

indicador directo de la calidad higinico -


sanitaria de los alimentos debido a la

contaminacin de la materia prima, o a

alguna deficiencia higinica dura nte el

procesamiento.

El control de los microorganismos

causantes de ETA, depende en cierta mediad

del mtodo analtico que se utiliza para su

deteccin. De manera usual, su identificacin

se hace con base en criterios morfolgicos y

fisiolgicos mediante el cultivo de muestras

de alimentos posiblemente contaminados, en

diversos medios de cultivo y bajo condiciones

establecidas. Sin embargo, la obtencin de

resultados puede tomar das o semanas y las

bacterias pueden entrar en un estado viable

pero no cultivable (Gonzles & Herrera

2005).

Esto ha generado la necesidad de

desarrollar procedimientos ms sensibles

que permitan la tipificacin e identificacin de

microorganismos patgenos. La amplificacin

de secuencias blanco de ADN mediante PCR

(Reaccin en Cadena de la Polimerasa), ha

permitido el procesamiento de grandes

cantidades de muestras en tiempos cortos y

con ello, la identificacin de microorganismos

no cultivables. No obstante, debido a que los

alimentos son matrices complejas, la

eficiencia del mtodo puede reducirse

significativamente por la presencia de

polisacridos, protenas, sustancias

inhibitorias y lpidos dando lugar a resultados

falsos o poco confiables.

La deteccin de protenas implicadas en

la resistencia y adaptacin de los

microorganismos a ciertas condiciones de

estrs, as como en los mecanismos de

patogenicidad y produccin de toxinas, entre

otras, es una alternativa que podra permitir

solventar estas limitantes (Tabla 1).

Tabla 1. Estudios protemicos realizados en microorganismos patgenos de los alimentos

Muestra Propsito del estudio

Mtodo

utilizado Referencia

Fusarium

graminearum

Estudio de las protenas secretadas

implicadas en la patogenicidad en cebada y

trigo

2-DE y

MS/MS

Yang et al.,

2012

Listeria

monocytogenes

Comparacin de la respuestas de diferentes

cepas de L. monocytogenes a condiciones

alcalinas

Shotgun Nilsson et al.,

2012

Penicillium

expansum

Papel crucial de protenas antioxidantes y

enzimas hidrolticas en la patogenicidad

2-DE y

MS/MS

Qin et al.,

2007


EVALUACIN DE PROTENAS

ALERGNICAS

La alergia a los alimentos es una

respuesta de hipersensibilidad del sistema

inmune que afecta hasta un 4% de nios y

adultos en pases desarrollados. La mayora

de estas reacciones alrgicas en alimentos

se debe a las protenas y van desde

reacciones leves, que pueden ser de

naturaleza transitoria (ceden con el tiempo),

hasta graves, que pueden provocar la muerte

(Sancho & Mills, 2010).

Los alimentos que causan las reacciones

ms graves y que se ven implicados con

mayor frecuencia son los cereales (debido al

alto contenido de gluten), huevos, pescados,

leche, soya, nueces y otros frutos secos. Al

menos 70 alimentos se han correlacionada

como causantes de alergias alimentarias

(http://www.who.int/foodsafety/fs_manageme

nt/No_03_allergy_June06_sp. pdf).

Los mtodos para la deteccin de

alrgenos en alimentos, son principalmente

la deteccin de protenas por medio de

anticuerpos (ELISA). Sin embargo, la

cuantificacin por mtodos inmunolgicos se

ve afectada por la presencia de distintos

alrgenos provenient es de otros alimentos, la

complejidad de la muestra y la variabilidad de

la especificidad de los anticuerpos. Un

mtodo alternativo para su deteccin y

cuantificacin ha sido la protemica (Monaci

& Visconti, 2009).

La extraccin en fase slida, acoplada a la

cromatografa lquida para la posterior

identificacin de las protenas por

espectrometra de masas, ha permitido la

deteccin de trazas de tres protenas

alergnicas de leche de vaca (lactoalbmina,

lactoglobulinas A y B), en muestras de 9

mezclas de jugo de frutas y 5 jugos de

naranja adquiridos en un mercado local de

Blgica. De ellos, ninguno declaraba la

presencia de leche en su etiqueta (Monaci &

van Hengel, 2008).

La complejidad de las muestras

normalmente afecta la sensibilidad y la

seleccin de los mtodos espectromtricos,

por lo que es deseable el enriquecimiento de

las muestras cuando se quiere analizar

pptidos para su utilizacin como

marcadores. Careri et al. (2008) desarrollaron

un procedimiento de extraccin

inmunomagntica, seguido por digestin con

tripsina, lo que permiti la identificacin,

deteccin y cuantificacin de trazas del

alrgeno Ara h3/4 en el cacahuate y en

diferentes cereales comerciales.

Previo al desarrollo de mtodos basados

en espectrometra de masas para la

deteccin de alrgenos, es necesario

establecer las secuencias de las protenas

que servirn como etiquetas para su

identificacin. Adems, se debe considerar

que los alimentos sufren diversas

modificaciones durante su procesamiento.

Por ejemplo, los cacahuates generalmente

son tostados bajo una gran variedad de

condiciones, afectando la estabilidad y

estructura de las protenas. Al analizar tres

muestras de cacahuate sin tostar, con

tostado medio (12 min a 140C) y tostado


fuerte (20 min a 140C), por cromatografa en

capa lquida, combinada con espectrometra

de masas en tndem (Q -TOF), se

establecieron los posibles pptidos para las

protenas Ara h 1, Ara h 2 y Ara h 3. Dichos

pptidos, pueden servir como marcadores

especficos para su deteccin sin importar el

procesamiento (Chassaigne et al., 2007).

CALIDAD Y AUTENTICIDAD DE

ALIMENTOS

Los consumidores exigen informacin

clara y fiable sobre los alimentos que

consumen, esta informacin es de utilidad al

momento de elegir el producto que se va a

comprar. Por ejemplo, un producto puede ser

elegido basndose en la salud del

consumidor, en su religin, sus p referencias

y sus alergias entre otros. Por ello, es de

suma importancia que el etiquetado de los

productos sea el correcto y con una

descripcin fiel de su contenido (Sentandreu

et al., 2009).

Un objetivo importante en la industria de

los alimentos, es la autentificacin de los

mismos, por lo que se busca que los

mtodos para su anlisis sean robustos,

precisos y sensibles. El anlisis protemico

puede ser aplicado en la autentificacin de

alimentos, mediante la deteccin de

marcadores, los cuales deben ser

caractersticos de los sustituyentes.

Existen ejemplos de adulteraciones en

alimentos, como es el reemplazo de manteca

de cacao por otras grasas en chocolatera, la

sustitucin de caf de alt a calidad por uno de

menor calidad, en los productos crnicos, la

sustitucin de carne de alta calidad por carne

de menor valor, lo que resulta en un mayor

beneficio para los productores.

Los mtodos protemicos han permitido la

deteccin de carne de poll o en mezclas con

carne de puerco mediante un procedimiento

sencillo (Fig. 1).

Usando esta aproximacin, se detectaron

0.5% de protenas contaminantes

(provenientes de carne de pollo), utilizando

como protena blanco la cadena ligera de la

miosina 3. Adem s de su simplicidad, este

enfoque tiene la ventaja de que puede ser

aplicado de forma eficaz, tanto en carne

cruda, como para la cocida (Sentandreu et

al., 2009).

La calidad de la carne est determinada por

sus propiedades fsico-qumicas (pH,

capacidad de retencin de agua, color,

textura, entre otros), organolpticas

(suavidad, consistencia, olor, sabor), y las

microbiolgicas. A su vez, estas se ven

influenciadas por otros factores como los

sistemas de produccin, alimentacin y

manejo pre-mortem de los animales y post-

mortem de la carne (Hernndez et al., 2007).

Despus del perodo post -mortem, la carne

sufre algunos cambios importantes debido a

la falta de oxgeno y a la acumulacin de

lactato. Hay rigidez, debido a la formacin

irreversible del complejo actina-miosina y

descenso de pH. A pesar de que estos

mecanismos estn bien establecidos,

continua la pregunta de cmo la degradaci n

de algunas protenas durante el

almacenamiento de la carne afecta la

terneza.


Fig. 2. Aproximacin protemica desarrollada para la deteccin de la autenticidad de un producto

crnico.

El estudio de los perfiles proteicos en

msculo de cerdo, durante las primeras 48

horas de almacenamiento post-mortem,

permiti el reconocimiento de

aproximadamente 1000 protenas

individuales. El patrn general de protenas a

los tiempos 0, 4, 8, 24 y 48 horas parece ser

notablemente consistente durante el

envejecimiento post mortem, esto sugiere

que las propiedades de solubilidad de la

mayora de las protenas del msculo no se

ve alterada durante el almacenamiento.

Sin embargo, la comparacin de estos

perfiles mostr cambios muy notables en al

menos 15 protenas, debido principalmente a

su hidrlisis durante el almacenamiento. Su

anlisis posterior, permiti confirmar la

degradacin de algunas protenas

estructurales como la titina, nebulina,

desmina, filamina y viculina y por primera

vez, se demostr que la actina tambin es

degradada (Lametsch & Bendixen, 2001;

Lametsch et al, 2002).

Algunos estudios protemicos realizados

en alimentos se enlistan en la Tabla 2.


BSQUEDA DE PPTIDOS BIOACTIVOS

Nutricionalmente, la calidad de las

protenas no solo depende de la composicin

de aminocidos, de su digestin, absorcin y

subsecuente anabolismo, sino tambin de los

pptidos que se liberan. Muchas funciones

en el organismo son mediadas por pptidos,

ya que actan como neurotransmisores,

hormonas o antibiticos.

Debido a que los p ptidos presentes en

los alimentos pueden tener estructuras

similares a los pptidos endgenos del

organismo hospedero, es razonable pensar

que son capaces de interactuar con sus

receptores y desempear un papel en la

regulacin de la respuesta inmune como

factores de crecimiento o actuar como

antimicrobianos. Estos pueden derivar de

protenas de leche, pescado, huevo, carne,

cereales, leguminosas, entre otros (Saavedra

et al, 2013; Snchez -Rivera et al., 2014).

Los pptidos pueden ser generados

durante la manufactura del alimento a travs

de diferentes procesos como la fermentacin

o maduracin, pero la mayora surgen debido

a la hidrlisis de las protenas de la dieta

durante su digestin (Barb et al, 2014).

El creciente inters en el estudio de los

pptidos, ha dado como resultado la creacin

de un subcampo dentro de la protemica de

alimentos, la peptidmica (Saavedra et al,

2013; Snchez -Rivera et al, 2014). Barb et

al. (2014) estudiaron la liberacin de pp tidos

en el tracto gastrointestinal de cerdos

alimentados con seis matrices de lcteos. De

este modo, lograron la secuenciacin e

identificacin de ms de 16 000 pptidos, de

los cuales 86% y 14% resultaron de la

hidrlisis de casena y # -lactoglobulina,

respectivamente. Del total de pptidos

liberados de casena, %s1-, %s2-, #- y -

casena representaron el 28%, 15%, 48% y

8%. Entre todos estos, 29 son conocidos por

tener actividades biolgicas como

emulsificantes, antihipertensivos,

antioxidantes, antimicrobianos, e inhibidores

de proteasas, entre otras.

LOS ALIMENTOS FERMENTADOS

La fermentacin de los alimentos es una

prctica muy antigua presente en todas las

culturas del mundo, ya que es uno de los

mtodos de preservacin de alimentos ms

antiguo y econmico que se conoce. Su

procesamiento involucra el crecimient

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