Desarrollo de estrategias eficientes para la producción masiva de material vegetativo de pilón mediante técnicas biotecnológicas.

Hyeronima alchorneoides  (pilón) es la única especie nativa de Costa Rica que cuenta con potencial para competir de manera exitosa con las especies maderables exóticas del mercado, dado su rápido crecimiento y calidad de su madera. Sin embargo, enfrenta grandes problemas en su reproducción por semilla, por lo que se han realizado esfuerzos para propagar vegetativamente la especie, con resultados que no han permitido abastecer la demanda de material de siembra de calidad para los productores. El presente trabajo plantea establecer protocolos para aumentar la cantidad de plantas disponibles para que el sector maderero pueda incluir H. alchorneoides de forma satisfactoria en los programas de aprovechamiento forestal. Para esto, se realizará el establecimiento y escalamiento in vitro de clones superiores provenientes de programas de mejoramiento genético de H. alchorneoides. También se desarrollará una metodología para la producción de callos embriogénicos y su crioconservación, ya que, por el comportamiento recalcitrante de la especie, no es posible el almacenamiento de las variedades mejoradas en bancos de semillas. Se analizará la recuperación del metabolismo de los tejidos almacenados mediante el análisis de metilación del ADN. Las plantas provenientes del laboratorio serán comparadas con las plantas producidas en campo con la metodología convencional de enraizamiento de estaquillas.

Objetivo General:

Desarrollar estrategias eficientes para la producción de material vegetativo de pilón mediante técnicas biotecnológicas.

Evaluación de un sistema biológico eucariota (Nicotiana tabacum) para la producción de insulina humana recombinante, con miras al escalamiento en biorreactor

La insulina es una proteína de gran importancia para el buen desarrollo metabólico del ser humano, ya que transporta la glucosa al páncreas para ser metabolizada. Sin embargo, debido a problemas genéticos y de nutrición, existe un alto número de personas que su cuerpo no genera esta proteína, por lo cual desarrollan la enfermedad llamada diabetes, dicha enfermedad tiene un alto índice de pacientes y muertes a nivel mundial. Para generar medicamentos y terapias eficientes es necesario el establecimiento de plataformas de expresión que permitan generar la insulina de forma eficiente, escalable y segura. Nicotiana tabacum es un organismo eucariota que presenta un metabolismo óptimo para la expresión de proteínas recombinantes. Esto debido a su capacidad de realizar modificaciones post-transduccionales, escalabilidad y técnicas disponibles para su transformación genética. El presente estudio buscar generar una plataforma utilizando dicha especie desde dos estrategias distintas (transformación genética nuclear y plastidal) que permita expresar, escalar y purificar proinsulina para evaluar su efectividad en células pancreáticas con deficiencia en insulina.

Objetivo General:

Evaluar un sistema de producción escalable de la proteína recombinante humana insulina en suspensiones celulares de tabaco (Nicotiana tabacum)

Se propone una identificación y seguimiento de las mejores plantas de coyol en  la  Región Central  y  Pacífica de Costa Rica, con  el fin de determinar las mejores plantas  en términos de la cantidad y calidad del aceite. Dentro de los estudios que se proponen realizar están: fenología reproductiva, caracterización genética y  del aceite, así como pruebas de germinación de las semillas bajo diferentes métodos para lograr contar con material que pueda ser utilizado por los agricultores. Estos esfuerzos van alineados con lo propuesto en el Programa Nacional de Bioenergía del MAG, PITTA-Bioenergía y la iniciativa de carbono neutralidad a nivel país. Se busca activar la agroindustria y acompañar a los agricultores de este cultivo, de forma que les permita abrir opciones generadoras de empleo y riqueza, donde no solamente se obtendría bioenergía, sino subproductos a partir de la actividad agrícola e industrial.

Objetivo General:

Determinar parámetros de caracterización y germinación de semillas de coyol (Acronomia aculeata), que contribuyan en el proceso de domesticación y la inclusión de esta especie en la cadena bioenergética nacional.

Resumen:

Los cultivos de microalgas se proyectan como un suplemento alimenticio carbono-neutral potencial para la alimentación de animales. Los perfiles nutricionales de las microalgas se caracterizan por altos contenidos de proteína, carbohidratos y lípidos funcionales por lo que generalmente, el contenido nutricional en microalgas es superior a los piensos convencionales. La proteína se considera el nutriente más caro en la alimentación animal, siendo la soja el grano que aporta la mayor porción a nivel proteico en piensos animales, y se prevé que su precio siga aumentando, lo que conlleva un efecto económico negativo en los productores agropecuarios del país. Una solución a la problemática actual es el desarrollo de alternativas orgánicas a base de microalgas como sustituto parcial a la harina de soya. El presente proyecto pretende caracterizar el contenido proteico y lipídico de biomasas obtenidas de cultivos de las microalgas  Isochrysis galbana y Arthrospira maxima como fuente potencial de alimentos funcionales. La biomasa microalgal producida será evaluada respecto a su composición química, con el fin de determinar la viabilidad que tendría como suplemento proteínico y lipídico de la alimentación animal en piensos. La investigación incluye además, pruebas de escalamiento, para asegurar el crecimiento estable de las microalgas en condiciones de cultivo masivo. Se realizará el diseño de dietas para gallinas ponedoras y cerdos con diferente contenido de biomasa microalgal y se evaluará el rendimiento zootécnico de las formulaciones. El desarrollo de este proyecto permitirá impactar a las industrias de producción avícola y porcina nacional.

Objetivo General:

Determinar el contenido proteico y lipídico de biomasas obtenidas de cultivos microalgales Isochrysis galbana y Arthrospira maxima como fuente potencial en suplementos funcionales en  alimentos para animales

Objetivo General:

Determinar el efecto elicitor a nivel bioquímico y genético de biopartículas de Quitosano-Pectina con potencial de inducción de resistencia en plantas.

Determinación de las características fisicoquímicas y evaluación de la viabilidad económica de un prototipo de biofertilizantes a base de microalgas costarricenses (Fase II)

Resumen:

Las actividades agrícolas actuales tienen una gran importancia en la economía de Costa Rica debido a que contribuye significativamente al Producto Interno Bruto (PIB), a la generación de empleo, y en los últimos años se ha convertido en un sector exportador dinámico y competitivo. Sin embargo, las exigencias del mercado cada vez son mayores hacia el empleo de tecnologías más eficientes y con una baja huella de Carbono. Para cumplir estas exigencias principalmente en los mercados europeos, donde destina gran parte de las exportaciones se debe de buscar paquetes tecnológicos que le permitan al sector agrícola nacional aumentar el rendimiento de los cultivos, mejorar el uso de suelo, cuidar el agua y el ambiente.

Las microalgas pueden ser una solución de bajo costo para alcanzar estos objetivos, ya que, estas contienen altos niveles de micronutrientes y macronutrientes esenciales en el crecimiento de las plantas, además de fitohormonas como giberelinas, auxinas y citoquininas. Sin embargo, para hacer más eficiente la biodisponibilidad de todos estos componentes se debe de contar con una formulación apropiada que sea estable a través del tiempo. Este proyecto pretende continuar con los avances alcanzados en el desarrollo de productos del potencial biotecnológico con cepas de microalgas nativas de Costa Rica. Se requiere de un estudio de factibilidad para lograr optimizar las formulaciones que permitan generará un producto con las características necesarias para ser transferido al sector productivo agrícola, el cual está urgido de nuevas alternativas tecnológicas y económicas para una eficiente fertilización de sus cultivos.

Objetivo General:

Determinar las características fisicoquímicas y evaluar la viabilidad económica de un formulado prototipo de biofertilizante a base de microalgas costarricenses.

Resumen:

El proyecto consiste en elaborar dos prototipos de bioinsumos para ser usados en la agricultura, como biocontroladores de enfermedades y mejoradores de suelo. Estos productos estarán formados por esporas purificadas o metabolitos secundarios de tipo enzimático de Trichoderma asperellum y T. harzianum junto con ingredientes inertes. Se elaborará un prototipo en sustrato sólido y otro  como un biofiltrado. El protocolo para el biofiltrado será desarrollado por investigadores del CEPROBI (México), el cual será trasferido a investigadores del CIB, donde se procederá con la purificación de fracciones proteicas y su formulación. El protocolo y formulación del prototipo sólido será desarrollado totalmente por investigadores del ITCR. La obtención de estos formulados será un paso importante para el desarrollo del control biológico para el país, pues representará el primer bio-insumo estabilizado, lo cual acelerará la implantación de novedosas estrategias de manejo integrado de enfermedades en los cultivos de más consumo en el mercado costarricense.

Objetivo General:

Desarrollar y analizar (evaluar) dos prototipos de productos formulados a base de Trichoderma spp para su uso como mejorador de suelo en agricultura

Estudio del desplazamiento en suelo, virulencia y potencial biotecnológico de cepas de Listeria spp. ailsadas en Costa Rica.

Resumen:

Listeria monocytogenes es una bacteria que causa infecciones graves, tanto localizadas como generalizadas, en humanos, aves y en gran diversidad de mamíferos. En humanos se ha asociado a cuadros de septicemia, meningitis, encefalitis e infecciones intrauterinas que conducen a abortos espontáneos.  En proyectos anteriores, se logró descubrir una nueva especie del género denominada L. costaricensis. La presente propuesta pretende establecer un modelo para visualizar la movilidad y el transporte de L. monocytogenes en suelos, para así comprender mejor sus procesos de colonización y sobrevivencia. Los resultados obtenidos permitirán generar insumos para aumentar la inocuidad alimentaria.También se busca estudiar la presencia de genes de virulencia y genes de resistencia a antimicrobianos en las cepas patógenas de la colección del CIB, así como la presencia de genes asociados a rutas metabólicas de utilidad biotecnológica en las cepas no patógenas, como por ejemplo la nueva especie L. costaricensis. Los resultados obtenidos podrán utilizarse a futuro para justificar una red de vigilancia nacional de L. monocytogenes y para plantear nuevas aplicaciones biotecnológicas basadas en el uso de recursos biológicos autóctonos.

Objetivo General:

Caracterizar los mecanismos de desplazamiento en suelo, la capacidad de virulencia y el potencial biotecnológico de cepas de Listeria spp

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