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

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

El objetivo propuesto es el apoyar el proceso de comercialización de especies frutales de altura a través del conocimiento y divulgación de su contenido polifenólico y potencial bioactivo saludable para beneficio de los productores y de la población costarricense.

Asociaciones de productores, implementación de plan de mejoras, entrenamiento, competitividad

• Subárea asociada: Economía y Negocios

Análisis de flujos metabólicos compartimentalizados en microalgas autóctonas de Costa Rica.

El Instituto Tecnológico de Costa Rica, en el Centro de Investigación en Biotecnología cuenta con un cepario de alrededor 20 especies de microalgas aisladas de diferentes regiones del país. Como organismos fotosintéticos estos presentan alto potencial para ser utilizados en producción industrial de aceites, hidrocarburos, polisacáridos, hidrógeno, amino ácidos, entre otros, siendo de interés como nutrientes en agronomía, combustibles renovables u otros productos de alto valor agregado; hasta como organismos fijadores de CO2 y fósforo. Entre las dificultades del uso de estos organismos para producción industrial, está el hecho de que no existe un conocimiento profundo de su funcionamiento, siendo este necesario para optimizar su metabolismo en función de la producción deseada. La biología de sistemas (Sistems Biology) busca conocer el funcionamiento metabólico de los organismos vivos, de forma que sea posible predecir (modelar) estos sistemas complejos para poder hace uso de ese conocimiento.

Esta, utiliza herramientas como la metabolómica, proteómica o genética para conocer y modelar el comportamiento de los microorganismos y así enfocarlo a una productividad definida mediante la ingeniería metabólica.

Una herramienta utilizada por la ingeniería metabólica para la evaluación de los metabolismos de especies es el Análisis de Flujos metabólicos (MFA, metabolic flux analysis), que hace uso de la espectrometría de masas para analizar metabolitos a nivel intracelular, y con la cual se obtiene un mapa de balances de masas en el metabolismo. Con esta información es posible determinar el potencial productivo de las especies evaluadas.

En organismos compartimentalizados como las microalgas (presencia de cloroplastos y mitocondrias) el MFA se ha realizado solamente en pocas especies conocidas y hasta el momento solo se han analizado los metabolitos con modelos que obvian la compartimentalización, perdiendo
información sobre el comportamiento real del metabolismo. El presente proyecto pretende desarrollar una metodología que permita realizar el MFA tomando en cuenta la compartimentalización de los metabolitos mediante el aislamiento de organelas, para aumentar el nivel de conocimiento del comportamiento metabólico y el potencial productivo de microalgas
costarricenses a utilizar a futuro como fábricas unicelulares.

Nanobiofertilizantes: uso de arcillas en la preparación de emulsiones de Pickering para formulados agrícolas a base de biomasa microalgal de Arthrospira máxima

La agricultura tiene una gran importancia en la economía de nuestro país debido a su contribución en la producción interna y en la generación de empleos, siendo este, el sector responsable de la seguridad alimentaria de muchos países. En los últimos años, se ha visto afectada por la reducción de las áreas agrícolas, el cambio climático y el aumento en la población. Para suplir estas demandas, se ha tenido que implementar técnicas que permitan aumentar los rendimientos de los cultivos por área productiva y esto se ha logrado por medio del uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos, uso de moléculas de origen sintéticos para el control de plagas y generación de variedades de plantas más productivas, entre otros. Sin embargo, el uso excesivo de fertilizantes sintéticos permitió aumentar la productividad de alimentos, ocasionado grandes daños ambientales en muchas regiones del mundo.

En nuestro país, se reportan valores de consumo de fertilizantes de hasta 980 kg/ha productiva, cifra que supera a los datos reportados para el resto de países latinoamericanos y europeos. Costa Rica por muchos años se ha reconocido como un país altamente productor de piña donde genera alrededor de ¢65.000 millones de colones a nivel nacional, se estima que produce 48.000 empleos directos e indirectos y el salario promedio de los trabajadores es un 6% mayor que el salario mínimo de ley. Así mismo, este cultivo se convierte en una actividad de alto impacto social, económico y ambiental. Razón por la cual, los productores resaltan el impacto positivo del cultivo y los grupos ambientalistas enfatizan los aspectos negativos. Esta propuesta planteada pretende solventar la limitada cantidad de investigación y desarrollo de formulaciones de emulsiones de biofertilizantes estabilizadas con arcillas, así mismo, el efecto que tendría en el mejoramiento de las condiciones microbianas del suelo.

La combinación de biomasas microalgales y arcillas costarricenses en la formulación de un nanobiofertilizante pretende generar un  prototipo  de  producto  que  además  de  dar  un  aporte  nutricional  a  los  cultivos  por  medio  del contenido  de  aminoácidos,  fitohormonas,  materia  orgánica,  macro  y  micronutrientes,  también cuente  con  los  beneficios  que  aportarían  las  arcillas.  Una  vez  establecido  un  prototipo  de formulación de nanobiofertilizante, se realizarán pruebas en parcelas experimentales con plantas de piña. A pesar de que se cuenta en el mercado con diferentes insumos agrícolas con nuevas tecnologías que permiten aumentar los rendimientos de los cultivos, en la actualidad no se dispone de  un  producto a  base  de  microalgas de  tecnología  nacional,  que  además  de  contribuir  con  las mejoras en los rendimientos agrícola, contemple reducir la huella de carbono, disminuir el efecto de los pesticidas y contribuya a restablecer las comunidades microbianas del suelo.

La respuesta inmune depende en gran medida en un aumento en los flujos de calcio hacia el citosol, sin embargo, los mecanismos que controlan estos flujos aún no han sido determinados en su totalidad. Sorcin es una proteína citosólica que se trasloca al retículo endoplasmático para controlar la entrada de calcio y mantener la concentración citosólica en los niveles adecuados. Esta proteína ha sido asociada con resistencia multidroga en distintos tipos tumorales, a la vez que la manipulación genética de su expresión se ha asociado con alguna característica propia de un fenotipo cancerígeno. Estudios preliminares en ratones knock-out  para esta proteína, sugieren su participación en eventos de hiperproliferación  (una característica distintiva del cáncer) además de activación de células linfocíticas. En este estudio, se pretende evaluar el papel de la proteína sorcin en estos procesos partiendo de la hipótesis de que la misma ejerce un efecto a través de su papel regulador de las concentraciones de calcio intracelulares. Lo anterior se evaluará por medio de  curvas de proliferación, determinación de los perfiles de citoquinas y mediciones preliminares de los flujos de calcio en linfocitos obtenidos de cultivo primario tras su activación. Por medio de la manipulación genética de estas células para el silenciamiento del gen sorcin se establecerán los cambios ocurridos en los parámetros anteriormente mencionados con el fin de evidenciar la participación de la proteína en la proliferación y activación de las células en cuestión. El conjunto de estos datos brindará evidencia en cuanto el impacto de la ausencia del gen sorcin y el potencial desarrollo de fenotipos relacionados con eventos de hiperproliferación.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

Objetivo: 

El desarrollo inmobiliario del centro de la ciudad de Liberia está armonizado con el Centro Histórico.

UTEMPRI es un proyecto de extensión de la Escuela de Matemática desarrollado durante el año 2018. En este proyecto se llevaron a cabo sesiones de capacitación dirigidas a docentes de primaria de escuelas públicas del cantón central de Cartago y de Turrialba, sobre el uso de tecnologías para la enseñanza de la matemática.

Se desarrollaron sesiones presenciales y virtuales mediante las cuales, los docentes se capacitaron en el uso de diferentes aplicaciones educativas que constituyen herramientas con las cuales pueden hacer frente a la reforma educativa, pues dentro de los ejes disciplinares que se establecen en los nuevos programas de matemática del MEP, se encuentra el uso inteligente y visionario de las tecnologías digitales. 

Además, el proyecto colaboró con el proceso de formación de estudiantes de la carrera MATEC, pues propició su participación como instructores durante las sesiones de capacitación.

En el proyecto participaron 72 docentes de primaria provenientes de un total de 40 escuelas públicas de las regiones educativas de Cartago y Turrialba (una escuela geográficamente está en la provincia de Limón pero pertenece a la región educativa de Turrialba), que asistieron a sesiones de capacitación sobre el uso de tecnología para la enseñanza de la matemática.

Para cumplir el objetivo planteado, cada mes, durante siete meses, se capacitó un grupo diferente de doce docentes mediante dos talleres presenciales y dos talleres virtuales. El primer taller fue presencial y en este aprendieron sobre diferentes tres aplicaciones educativas que podían aplicar en sus clases durante los procesos de enseñanza y aprendizaje. El segundo taller fue virtual durante toda una semana y fue complemento de lo visto en el primer taller, pues el docente debía poner en práctica las aplicaciones aprendidas, mediante el desarrollo de actividades educativas en la clase con sus estudiantes. En el tercer taller aprendieron nuevas aplicaciones educativas y el cuarto taller, que fue virtual, debían desarrollar actividades en sus clases, donde pusieran en práctica lo aprendido en el taller presencial.

• Con el desarrollo del proyecto se obtienen las siguientes conclusiones: Se logró capacitar un grupo de 72 de docentes. Casi el 100% de la cantidad de prevista que eran 80 docentes. De los 72 docentes que participaron en las capacitaciones, 34 finalizaron de manera exitosa.

• Durante los talleres presenciales los docentes tuvieron la oportunidad de conocer y utilizar diferentes aplicaciones educativas con las que pueden desarrollar actividades educativas lúdicas que pueden compartir fácilmente con sus estudiantes.

• El proyecto de extensión UTEMPRI colaboró con el MEP mediante la capacitación de docentes de primaria para el uso visionario de las nuevas tecnologías en educación según el objetivo estratégico de PLANES “Propiciar el trabajo conjunto entre las universidades y el Ministerio de Educación Pública para incidir en la calidad y pertinencia de la educación nacional” y según los ejes disciplinares establecidos por el MEP.

• También, a través de este proyecto, se promovió la participación de estudiantes de la carrera MATEC impartida en el TEC como instructores de aplicaciones educativas lo cual contribuyó significativamente a su desarrollo profesional como futuros educadores haciéndolos partícipes del contexto y de la realidad nacional, lo cual es un aspecto importante también para los procesos de capacitación.

• La pertinencia social de este proyecto se apoyó en el modelo académico del TEC en el que se asume un compromiso con el mejoramiento de los otros niveles educativos de la sociedad.

• Proyectos de este tipo son de suma importancia para los docentes ya que contribuyen a potenciar las habilidades requeridas para implementar con éxito los nuevos programas de estudio del MEP.