El interés a nivel mundial en el cultivo de la Jatropha se debe principalmente al uso como fuente de energía, ya que las buenas características del aceite se pueden aprovechar para la producción de biodiesel. El aceite también se usa como base para la fabricación de jabón. Los residuos del prensado de las semillas es un buen fertilizante y también se puede utilizar para la producción de biogás (FACT 2010). La generación de nuevos cultivares requiere de una estrategia integral para mejorar la genética y la agronomía y se necesita una evaluación científica del germoplasma en una amplia gama de entornos y por períodos prolongados. Paralelo a los progresos de mejoramiento genético, se requieren prácticas agronómicas eficientes para optimizar los resultados del mejoramiento. Además, se requiere del uso de herramientas moleculares para el estudio de la diversidad genética y de la estructura genética del germoplasma. Estas herramientas también se deben incorporar en el proceso de mejoramiento genético para hacerlo más eficiente. Por ejemplo, Wang et al. 2011 desarrollaron un mapa de ligamiento con marcadores microsatélites y SNP, lo cual abre la posibilidad de hacer mapeo de QTLs para asistir la selección de rasgos deseables. Recientemente, (King et al. 2013) desarrollaron un mapa de ligamiento donde identificaron con marcadores moleculares la región QTL asociada a la herencia de los genes responsables de formación de ésteres de forbol . Esto abre la posibilidad de acelerar el desarrollo acelerado de cultivares no tóxicos.

Piñon manso; tempate, Jatropha curcas, biodiesel, mejoramiento gené co

• Subárea asociada: Biotecnología Agrícola

A finales del siglo XIX se inició la industria moderna de los colorantes sintéticos que fueron favorecidos por el público, que los consideró de mayor calidad y con un amplio espectro de colores a escoger. Pero conforme el consumidor los utilizaba se presentaron los problemas toxicológicos y se impulsó la intención de reducir el uso de químicos en los alimentos. Por lo que, surgieron estudios y nuevas procesos biotecnológicos para la obtención de pigmentos naturales de interés industrial, con altos rendimientos, a bajo costo y sin implicaciones toxicológicas. Los colorantes naturales generalmente se obtenían de materiales de origen vegetal, mineral y animal. Actualmente, también se extraen o producen a partir de microorganismos, específicamente de hongos. Rhodotorula sp es una levadura que se encuentra en la piel, mucosas y excretas de los seres humanos. Produce un llamativo pigmento rojizo, llamado carotenoide, entre los cuales  resaltan: ß-caroteno, toruleno y torularodina. Pycnoporus es un hongo filamentoso perteneciente a los basidiomicetos, estudiado principalmente por su capacidad para  degradar  lignina, pero ha sido de especial interés debido a que su cuerpo fructífero presenta un pigmento natural naranja, llamado cinabarina y parece que, entre otras, tiene propiedades antibióticas. Este proyecto tiene como objetivo la evaluación de la capacidad de crecimiento y producción de pigmentos naturales a partir de hongos de las cepas de Rhodotorula sp y Pycnoporus sanguineus, para su empleo en productos veterinarios. En los animales, los carotenoides son incorporados a través de la dieta y se almacenan en el tejido adiposo sin transformarse. La yema de huevo de gallina debe su color a dos tipos de carotenoides, mientras que otro carotenoide llamado astaxantina es el  responsable del color rosado de la carne del salmón. El producto del proyecto es obtener un polvo concentrado con los pigmentos naturales extraídos de los hongos, que al mezclar con los alimentos, permitirá determinar la efectividad del colorante en las yemas del huevo de gallina, el plumaje de los canarios y en el color de la carne de peces ornamentales, con propiedades antioxidantes

Asociaciones de productores, implementación de plan de mejoras, entrenamiento, compe  vidad

• Subárea asociada: Ciencias Veterinarias, Biotecnología Industrial

Los biocombustibles como fuente energética poseen grandes beneficios al compararla con los combustibles fósiles tradicionales, pues pueden generar energía carbono-neutro. A nivel mundial, los cultivos para biocombustibles y en particular biodiesel,| consideran un amplio espectro de especies, pero presentan sus diferencias en cuanto a productividad, calidad del aceite, adaptación al cambio climático y la oferta de otros servicios ecosistémicos, por ejemplo la capacidad para el aumento y mantenimiento del secuestro de carbono (C) fijado en la biomasa y en el suelo. Proyecciones para Costa Rica anticipan que ante un escenario creciente de demanda energética, las fuentes tradicionales de energías limpias del país no podrán crecer más a partir del 2032. Durante los últimos 4 años, un grupo de investigadores de las universidades estatales del país han realizando estudios sistemáticos sobre el cultivo de Jatropha curcas (Tempate) para su uso comercial como fuente de aceite para producir biodiesel. Esta especie está siendo ampliamente estudiada a nivel mundial, siendo México el centro de distribución genética. En Costa Rica es una planta nativa, presente en ambas vertientes y conocida por nuestros agricultores como “Tempate”. En el país se han iniciado los estudios sobre la domesticación de este cultivo y con la colaboración de empresarios y agricultores se ha incursionando en la siembra de Jatropha, la cual es utilizada como cerca viva, o en pequeñas plantaciones para la obtención de semillas. Por ser una planta no domesticada, son muchas las necesidades de investigación que aún se deben realizar, todas tendientes a garantizar las condiciones geográficas, de manejo y de producción que permitan el establecimiento del cultivo a nivel comercial y bajo el enfoque de producción sustentable. Una de las limitantes más significativas a nivel mundial es la falta de sincronía floral y la irregularidad. El presente trabajo busca generar una contribución científica a la problemática de la sincronía floral mediante el estudio de los factores climáticos y los aspectos genéticos para entender mediante un modelo fisiológico, la manera en que los genes responsables de la sincronía floral responden a estímulos ambientales (luz, agua y nutrientes). No existe a nivel mundial un abordaje científico como el que se plantea en la presente propuesta. Aproximaciones han sido desarrolladas para otras especies como Arabidopsis sp. Para ello se establecerán ensayos en la Estación Experimental Fabio Baudrit de la UCR, ubicada en la Garita de Alajuela. Factores como la luminosidad, el riego y la fertilización serán controlados para el monitoreo de la acción de un grupo de genes que se han identificado como los responsables de controlar la floración y la relación de ésta con intervenciones controladas de podas de formación para demostrar incrementos significativos en la cosecha.

Jatropha curcas, tempate, Biología floral, biodiesel, piñón manso, fisiología de la floración.

• Subárea asociada: Biotecnología Ambiental

Un alergeno es una sustancia que puede inducir una reacción de hipersensibilidad alérgica en personas susceptibles, que han estado en contacto previamente con el alérgeno. Muchos de ellos se pueden encontrar en esporas de hongos, polen, alimentos, insectos y ácaros. Existen más de 80 géneros de hongos que han sido asociados con síntomas respiratorios alérgicos. Los cuadros clínicos de rinitis y asma, son un problema predominante en Costa Rica, como se ha documentado en estudios realizados en dos hospitales de la CCSS. Se conoce por estudios aeroalergénicos, que durante los meses de lluvia, las basidiosporas representan más del 30% de las esporas de hongos presentes en medio ambiente exterior en nuestro país y se conoce de la literatura internacional, que estas esporas son capaces de producir problema de sensibilización alérgica. En este proyecto se estudiarán alérgenos causados por cepas de hongos nativos de Costa Rica, específicamente de dos especies de basidiomicetes: Ustilago sp y Ganoderma lucidium. La especie Ustilago sp suele ser dimórfica, es decir, pueden encontrarse en una fase levaduriforme y una fase de hifa dicariótica parasítica. El estudio iniciará con el establecimiento de las mejores condiciones de crecimiento in vitro del hongo Ustilago sp en medio líquido y sólido, hasta obtener la mayor producción de biomasa. El micelio de G. lucidum se obtendrá de cultivos líquidos en matraz. A partir de la biomasa se formularán extractos de cada una de las morfologías de los hongos: micelio, esporas y caldo del medio de cultivo “gastado”. Posteriormente se determinará la actividad alergénica en pacientes como en pruebas directas en la piel, que serán realizadas en el Centro de Diagnóstico y Tratamiento de Alergias Costa Rica, bajo la responsabilidad del Dr. Riggioni. Debido a que el impacto en la salud causado por alérgenos se ha incrementado en los último años en el país, la rinitis y el asma así como los cuadros alérgicos severos con anafilaxis se requieren pruebas se requieren pruebas alergénicas más específicas, que ayuden al especialista en el diagnóstico. Los investigadores de dos Centros de Investigación (CIB y CIIBI), en alianza con médicos alergólogos, en el marco de esta propuesta, proyectan la obtención de extractos alergénicos estandarizados a partir de cepas de Ustilago sp y Ganoderma lucidum, nativas de Costa Rica para el diagnóstico y tratamiento clínico de alergias a Basidiomicetos.

Ustilago, Ganoderma lucidium, alergénicos, dimorfirmos, basidiomicetes.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

Los estudios más recientes han demostrado el excelente potencial de las algas para producir una amplia gama de compuestos polisacáridos, lípidos, proteínas, pigmentos, vitaminas, esteroles, enzimas, antibióticos, productos químicos, farmacéuticos y biocombustibles (metano, etanol). La ubicación y las condiciones climáticas privilegiadas de nuestro país ofrecen un escenario favorable al cultivo masivo de microalgas que son de gran interés en la industria (Chisti, 2007). El conocimiento de la biodiversidad de las microalgas nacionales abre la posibilidad de desarrollar nuevas industrias en el país que tengan interés en la elaboración de productos de origen algal, con alto potencial económico.

Los cultivos de microalgas de Chlorella sp en sistemas abiertos son prometedores debido a su rápida tasa de crecimiento y la capacidad alta de fijación de CO2 y además su biomasa presenta una capacidad energética alta (18,59MJ/kg), pueden llegar a concentraciones de carbohidratos y lípidos potenciales (19,46%, 28,82% respectivamente), por tanto que las convierte en cultivos viables para ser utilizadas en producción de etanol y biodiesel (Phukan et al., 2012).

El Instituto Tecnológico de Costa Rica, la Escuela de Biología, la escuela de Química y la Escuela de Electrónica en los últimos años ha trabajado con proyectos de microalgas tales como: 1- “Selección de cepas de microalgas para producción de aceites como fuente de biocombustibles y otros derivados” , 2- “Desarrollo de un prototipo de estanque semi-cerrado para el cultivo de microalgas en forma semi-masiva” y 3- “Desarrollo de un sistema integrado destinado a la producción de microalgas para la producción de aceites, acoplado a un biodigestor y a un emisor de CO2”, con el fin de obtener materia prima para biocombustible” (Fase I), en los cuales se han obtenido diversos productos, que nos permiten tener las bases fundamentales para cultivos masivos, crecimiento algal con diversos medios orgánicos, especie de microalga adaptada con rendimientos biomásicos altos (1.3g/L) y un 30-40 % de aceites intra-algales. También se cuenta con un diseño de estanque y paletas que permite cultivar a escala semimasiva, un sistema electrónico a control remoto que facilita la captura de datos de variables ambientales y físicas. Las investigaciones han conformado alianzas con diversas empresas nacionales y que con su colaboración se ha alcanzado avanzar en los procesos de escalamiento.

Con los resultados de las investigaciones que hoy día se cuenta, se hace importante continuar con la investigación de las tecnologías de recolección de biomasa, ultrasonificación, secado y empacado de la biomasa seca. De esta manera, se cuenta con cultivos en estanques en cinco sitios del país y se necesita continuar con el acompañamiento a los empresarios asociados (fase II del proceso). Este estudio pretende realizar diversos ensayos de colecta de la biomasa en condición semimasiva de los estanques (empresas vinculadas) y ultrasonificar a diversas intensidades y posteriormente realizar pruebas químicas para la determinación de las concentraciones de aceites, su decantación y el posterior secado de la biomasa.

Ultrasonido, secado, colecta de microalgas, centrifugado de microalgas, biomasa microalgal

La producción de frijol es muy importante por tratarse de un producto básico en Los microorganismos han sido empleados desde siglos, como materia prima esencial para la obtención de productos; hoy en día son fundamentales para el tratamiento de desechos, generación de energía, elaboración de reactivos, protección ambiental y en general, para el desarrollo de novedosos productos biotecnológicos. Dentro del grupo de microorganismos, las microalgas tienen especial importancia industrial, ya que de ellas se puede producir una amplia gama de compuestos polisacáridos, lípidos, proteínas, pigmentos, vitaminas, esteroles, enzimas, antibióticos y demás productos químicos y farmacéuticos. El creciente uso de estos materiales biológicos en la biotecnología ha fortalecido la necesidad de mantener cultivos microbianos, de manera que las propiedades que los hacen útiles permanezcan estables. Es por ello que el estudio y protección de la diversidad microbiana, es particularmente importante si es visualizada como un reservorio de genes con gran valor industrial. Para esto se han establecido colecciones de microorganismos con el fin de conservar ex situ el material biológico, de forma tal que se encuentre disponible para programas de investigación, conservación y promoción de servicios. Por estas razones, la siguiente propuesta tiene como objetivo el establecimiento de una colección de microalgas autóctonas de la región, que tengan algún potencial industrial, con el fin de ser utilizados en investigación y docencia en la institución.

Microorganismos, colección ex situ, centrifugado de microalgas

• Subárea asociada: Biotecnología Ambiental

Plantago major es una planta medicinal de la familia de las Plantaginaceas, herbácea, perenne y cosmopolita, conocida por sus propiedades terapéuticas contra enfermedades estomacales, intestinales, dermatológicas, respiratorias, afecciones en órganos reproductores, aparato circulatorio y oculares. Estudios químicos mediante técnicas cromatográficas como TLC y HPTL, describen la presencia de oligosacáridos, cumarinas, iridiósidos, flavonoides, amino ácidos, iones inorgánicos y microelementos, compuestos volátiles y ésteres de glucósido de ácido cafeico en esta planta; no obstante, la información actual no es suficiente, por lo que una importante utilidad del establecimiento de cultivos celulares de P. major, es que éstos ofrecen la oportunidad de analizar a nivel fitobioquímico el aprovechamiento industrial o clínico que tienen una determinada especie debido a la presencia de ciertos compuestos en sus órganos. Se conoce que esta planta medicinal ha sido estudiada en términos de su capacidad de cicatrización y actividad antimicrobiana. En cuanto a cicatrización, se considera que dicha actividad no puede atribuirse a un solo compuesto, sino que el efecto puede generarse por la interacción de varios compuestos que actúan de manera sinérgica o regulándose unos a otros. Seguidamente se ha confirmado una actividad inhibitoria del extracto hidroalcohólico de Plantago major sobre cepas de Helicobacter pylori, lo que podría deberse a la presencia de un aglicón de la aucibina llamado aucubigenina liberado por una glucosidasa. Se concluye entonces que con herramientas de Cultivo de Tejidos Animales, el estudio de la acción antimicrobiana de los compuestos de P. major contra H.pylori, se complementa adecuadamente con análisis de actividad cicatrizante, de manera que los usos potenciales concretos de esta planta sean bien definidos y aprovechados, como una alternativa natural pero eficiente de combatir cuadros clínicos específicos.

Aucubina, callo, cromatografía, extractos, iridoides.

• Subárea asociada: Ciencias Biológicas

Los animales están expuestos a ingerir sustancias y/o animales venenosos, que le causan severas intoxicaciones y hasta la muerte.

 Los médicos veterinarios recomiendan en el caso de animales domésticos, como mascotas, provocar el vómito. Para ello existen un sin número de remedios caseros pero ninguno es realmente efectivo, ya que no provocan el vómito de inmediato, permitiendo que las sustancias tóxicas logren llegar a todo el sistema digestivo, empeorando el daño en los animales. Psychotria ipecacuana, conocida como raicilla es una planta leñosa que produce, principalmente en su raíz, un metabolito secundario conocido como emetina, perteneciente al grupo de los alcaloides. Posee propiedades medicinales como vomitivo, expectorante y diaforético. Se reporta su consumo en humanos, en casos de intoxicación, pero son pocos los reportes en animales. En este proyecto se desea obtener un jarabe de ipecacuana para el tratamiento de animales envenenados. Se realizará la colecta del material vegetal en fincas de agricultores de la zona Norte y se preparará prototipo de extracto natural de la raíz de P.ipecacuana con el fin de realizar pruebas de su efectividad en animales, a cargo de un médico veterinario. Este nuevo uso como producto veterinario podría diversificar el mercado nacional de la ipecacuana.

Ipecacuana, raicilla, jarabe, vomitivo, emetina.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

El arándano (Ericaceae, Vaccinium spp).es una baya de color oscuro, azulada. Constituye una de las fuentes más importantes de antocianos y carotenoides que le confieren propiedades antioxidantes. Sus frutas son de bajo valor calórico, ricas en vitamina C, potasio, hierro y calcio. Hay seis especies nativas en nuestro territorio, que se distribuyen en un rango altitudinal entre 1500 y 3500 m.s.n.m., en los bosques montanos de la cordillera de Talamanca y en los alrededores del volcán Irazú. Tiene gran potencial para exportación y para industrialización a nivel nacional; además; nuestro país cuenta con suelos y climas favorables para este cultivo. Como gran atractivo adicional, estudios recientes indicaron los altos contenidos de antioxidantes de los materiales nativos de Costa Rica. Por estas razones el arándano se incluyó como línea de investigación en el área de cultivos no tradicionales del Programa Nacional de Fruticultura. El objetivo último de las proponentes de esta propuesta es desarrollar un protocolo de micropropagación de arándano y en una primera fase, actualmente en desarrollo, se han establecido las metodologías de desinfección de estacas de campo, establecimiento y brotación de yemas de arándano nativo dormantes, medio de cultivo más eficiente y se continua ensayando la brotación y elongación de los brotes. Se propone una II etapa que comprendería la multiplicación de estos brotes obtenidos y su enraizamiento, con el fin de que a mediano plazo, se disponga de material de siembra para promover su cultivo e incentivar la diversificación.

Vaccinium, micropropagación, multiplicación in vitro, enraizamiento in vitro, citocininas, auxinas, arándano.

• Subárea asociada: Biotecnología Agrícola

En Costa Rica, a partir del año 2002 se ha apostado por el cultivo del higo (Ficus carica L.) como parte de la estrategia de diversificación agrícola del país, por parte de un grupo interdisciplinario conformado por las cuatro universidades estatales. Producto de las investigaciones realizadas se determinó la variedad predominante en el país (“Brown Turkey”), su manejo agronómico, el control de plagas y enfermedades importantes entre otros. No obstante se han determinado algunas variedades foráneas, mediante análisis moleculares, localizadas en la zona norte de Cartago que presentan el virus del mosaico de la higuera (FMV), ausente en la variedad nacional, al igual que su ácaro vector (Aceria ficus), razón por la cual existe una regulación fitosanitaria que impide la introducción de material de higo debido al peligro de diseminación de la enfermedad. En este contexto, no se descarta que insectos vectores de otras enfermedades virales asociadas al higo puedan transmitir el FMV. Es por esta razón que el objetivo del presente proyecto es la implementación de un protocolo que permita la limpieza del material vegetal y su establecimiento in vitro, permitiendo un manejo responsable de este material a partir de variedades sanas, mitigando el peligro fitosanitario, además de comprobar si existe una transmisión del FMV en Costa Rica por medio de vectores alternativos.

Ficus carica L., virus del mosaico de la higuera, análisis virológicos, cultivo de meristemos, vectores alternativos.

• Subárea asociada: Biotecnología Agrícola