logo del MEC

 

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS
CLEMENTE ESTABLE

logo del IIBCE
Limitar al IIBCE
imagenes del IIBCE

 

División Ciencias Microbiológicas

DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Y GENÓMICA MICROBIANAS

MICROBIOLOGÍA MOLECULAR

 

BIOQUÍMICA Y GENÓMICA MICROBIANAS | INTERACCIÓN PLANTA MICROORGANISMO | ECOLOGÍA MICROBIANA

 

 

Perfil

 

En el laboratorio desarrollamos líneas de investigación básicas y aplicadas orientadas al estudio de microorganismos del ambiente, incluyendo algunos de relevancia biotecnológica.


Línea de investigación Antártica - Nuestro grupo trabaja con microorganismos que se establecen en el ambiente antártico (Isla Rey Jorge, Antártida marítima). Los estudios abarcan diversas áreas del conocimiento.


Los microorganismos poseen una notable adaptación al ambiente y la transferencia horizontal de genes (THG) constituye uno de los mecanismos involucrados. Los elementos que pueden participar en la THG y que eventualmente pueden mejorar la capacidad de sobrevida de la bacteria, abarcan entre otros los integrones, plásmidos, transposones, etc.  En el laboratorio trabajamos con algunos de estos elementos de THG, incluyendo integrones, clásicamente asociados al ambiente clínico y plásmidos, como elementos genéticos extra-cromosomales. También estudiamos aquellas funciones que puedan conferir una ventaja adaptativa a los microorganismos, como la adquisición de elementos genéticos involucrados en el metabolismo celular. En particular, evaluamos la existencia y frecuencia de bacterias resistentes a determinados grupos de antibióticos en muestras colectadas de sitios cercanos a las bases, otros bajo influencia animal y otros donde presumimos que la influencia antrópica es mínima. Estos estudios se desarrollan mediante estrategias dependientes e independientes del cultivo microbiano. También hemos demostrado la ocurrencia de eventos de adquisición de genes relacionados con el metabolismo nitrogenado en bacterias.


Dentro de los proyectos antárticos también se realiza la búsqueda y caracterización de microorganismos productores de enzimas de interés tecnológico, tales como las proteasas (usos en las industrias del detergente, textil y láctea, entre otros), celulasas (para la producción de bioetanol), laccasas (para la industria papelera) y fotoliasas (industria cosmética).


En colaboración con investigadores del Instituto de Ecología de la UNAM (México),  se desarrolla un proyecto dirigido a identificar las tendencias a largo plazo en las respuestas bióticas a los cambios climáticos de las comunidades microbianas de la Antártida marítima. Se utilizan como modelo de estudio los tapetes microbianos, comunidades diversas y con un amplio potencial metabólico para transformar elementos como el carbono, el nitrógeno y el fósforo.


Líneas de investigación biotecnológica - Producción de polímeros termoplásticos biodegradables (polihidroxialcanoatos, PHAs), de origen microbiano. En particular, nos orientamos a optimizar la producción de PHAs usando residuos agroindustriales (hemicelulosa hidrolizada y suero de quesería) como fuente de carbono, para bajar los costos de producción. Para el estudio usamos estrategias de diseño factorial e ingeniería metabólica.


Producción de biocombustibles.  La levadura Saccharomyces cerevisiae es el organismo generalmente usado para producir bioetanol de primera generación a partir de hexosas (glucosa, fructosa), pero es incapaz de consumir pentosas como xilosa y arabinosa. Las pentosas forman parte de los azúcares fermentables de la hemicelulosa, uno de los constituyentes de los residuos lignocelulósicos, junto a la celulosa y lignina. La producción de etanol de segunda generación, a partir de residuos lignocelulósicos, se plantea como alternativa para aumentar la producción de etanol sin incrementar el área plantada y contemplar la creciente demanda de combustibles. Nosotros  trabajamos en el diseño de cepas recombinantes de S. cerevisiae capaces de fermentar las pentosas a etanol aún en presencia de glucosa.


Por otro lado, también se desarrollan estudios tendientes al diseño de protocolos de sacarificación y fermentación conjunta utilizando preparados con actividad celulósica proveniente de microorganismos antárticos y Saccharomyces cerevisiae, así como el uso de levaduras antárticas que sacarifican y realizan fermentación alcohólica.


Mejoramiento de la producción agrícola por medio del uso de microorganismos promotores del crecimiento vegetal - La co-inoculación de leguminosas con rizobios  y otras bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV), incrementa la nodulación, fijación de nitrógeno y el desarrollo de la planta. Además, el agregado de metabolitos secundarios a las formulaciones de rizobios mejoraría su desempeño durante la simbiosis, aumentando el rendimiento vegetal. Nuestro grupo de trabajo cuenta  con BPCV productores de auxinas [en especial de ácido indol-acético (AIA)] y sideróforos, y que promueven la simbiosis entre algunas leguminosas y sus rizobios. En particular, Delftia sp. JD2, una bacteria resistente a Cr (VI) y capaz de fijar nitrógeno en vida libre es objeto de varios estudios. Los objetivos de esta línea de trabajo son mejorar el rendimiento de leguminosas de grano (soja) y forrajeras (alfalfa y trébol) mediante la co-inoculación con BPCV (Delftia y Azospirillum) y rizobios comerciales, como el agregado de metabolitos secundarios durante la inoculación. La metodología incluye la evaluación en la producción de metabolitos secundarios involucrados en la promoción del crecimiento vegetal, incluyendo la capacidad de fijar nitrógeno, y el estudio del efecto promotor de estos microorganismos en ensayos en invernáculo.

 

Biorremediación de metales pesados - Los microorganismos han evolucionado para sobrevivir en condiciones de alta concentración de metales pesados (MP), desarrollando varios mecanismos de tolerancia y resistencia. En tal sentido, estos mecanismos de detoxificación pueden ser utilizados para la descontaminación o remediación de áreas contaminadas (suelos y efluentes) en procesos conocidos colectivamente como biorremediación. El objetivo de esta línea de investigación es el diseño de estrategias de biorremediación de suelos y efluentes de la industria, contaminados con MP, con énfasis en Cromo y Plomo. Nuestro grupo de trabajo cuenta  con una colección de bacterias resistentes a Cr (VI) y Pb(II), capaces de transformar Cr(VI) a Cr(III), de bioadsorber este metal tanto a su biomasa como a exopolímeros, de producir biofilms sobre superficies tanto bióticas como abióticas y en algunos casos de promover el crecimiento vegetal. Estudiamos los mecanismos de homeostasis a estos metales y analizamos sus usos potenciales para la decontaminación y fitorremediación en asociación con plantas acumuladoras de MP.

 

Profile

 

Research fields developed in our lab are related to the study of environmental microorganisms, some of them with relevance for biotechnological purposes.


Antarctic Microbiology:


Our group works with microorganisms established in the Antarctic environment (King George Island, Maritime Antarctica). Our studies cover various areas of investigation.


Microorganisms possess a remarkable adaptation to the environment and horizontal gene transfer (HGT) is one of the mechanisms involved. Elements involved in HGT can eventually improve the survival ability of bacteria and include, among others, integrons, plasmids, transposons, etc. Our group works with some of these elements, including integrons, previously reported in clinical environment and plasmids, as extra-chromosomal genetic elements.


We also work with those functions that may confer an adaptive advantage to microorganisms. In particular, we assess the existence and frequency of bacteria resistant to certain groups of antibiotics in samples collected from different sites located near the bases, near bird and mammal nests and others with minimal human influence. These studies are developed using dependent and independent of microbial culture strategies. We have also demonstrated the acquisition of genes related with nitrogen metabolism in bacteria isolated from Fildes peninsula.


Within these Antarctic projects, we also are working with microorganisms that produce enzymes with technological interest, such as proteases (detergent, textile and dairyindustries among others), cellulases (production of bioethanol), laccases (paper industry) and photolyases (cosmetic industry).


In collaboration with researchers from the Institute of Ecology (UNAM, Mexico), we develop a project oriented to identify long-term trends in biotic responses to climate change of Antarctic microbial communities. As model, we study microbial mats, considered as diverse communities with a broad metabolic potential to transform elements like carbon, nitrogen and phosphorus.


Biotechnological investigation:


Production of biodegradable thermoplastic polymers (polyhydroxyalkanoates, PHAs) of microbial origin. In particular, we wish to optimize the production of PHAs using agroindustrial waste (hydrolyzed hemicellulose and cheese whey) as carbon source, to lower production costs. We use factorial design and metabolic engineering as strategies of study.


Production of biofuel. The yeast Saccharomyces cerevisiae is the organism usually used to produce first-generation bioethanol from hexoses (glucose, fructose), but is unable to consume pentose as xylose and arabinose. These pentoses are part of the hemicellulose, a constituent of lignocellulosic residues, together with cellulose and lignin. The production of second generation bioethanol from lignocellulosic waste could be an alternative to increase ethanol production without increasing the planted area. We work in the design of recombinant S. cerevisiae strains able of fermenting pentoses to ethanol even in the presence of glucose.


Furthermore, we are also developing protocols for simultaneous saccharification and fermentation using mixed preparations of Antarctic microorganisms with cellulosic activity and Saccharomyces cerevisiae, but also using Antarctic yeasts able to perform simultaneous saccharification and alcoholic fermentation.


Improvement of agricultural production through the use of plant growth promoting microorganisms. The co-inoculation of legumes with rhizobia and plant growth promoting bacteria (PGPB) can improve the nodulation, nitrogen fixation activity (N) and plant development. Furthermore, the addition of secondary metabolites to rhizobial formulations can increase the performance during symbiosis, improving the plant yield. Our group has a collection of PGPB able to producer auxins [especially indole acetic acid (IAA)] and siderophores. These bacteria promote the symbiosis between legumes and their corresponding rhizobium strains. In particular, Delftia sp. JD2, a free-nitrogen fixing and Cr (VI)-resistant bacteria, is being study. The objective of work is to improve the yield of grain legumes (soybean) and forage (alfalfa and clover) by co-inoculation with rhizobia and other PGPB (Delftia and Azospirillum), together with addition of secondary metabolites. The study includes the evaluation of secondary metabolite production that could be involved in the promotion of plant growth, including the ability to fix nitrogen, and the study in greenhouse trials.


Bioremediation of heavy metals. Microorganisms have evolved to survive under conditions of high concentration of heavy metals (HM), developing various tolerance and resistance mechanisms. These detoxification mechanisms can be used for the decontamination or remediation of contaminated areas (soils and effluents), process known as bioremediation. The objective of this research is to design bioremediation strategies for the decontamination of industrial soils and effluents contaminated with HM, with emphasis on chromium and lead. We have a collection of Cr(VI)- and Pb(II)-resistant bacteria able to transform Cr (VI) into Cr (III),  to bio-adsorb Cr to biomass or exopolymers, to produce biofilms on both biotic and abiotic surfaces and, in some cases, to promote plant growth. We are studying the mechanisms involved in metals homeostasis and their potential uses, including their use in phytoremediation when used in association with HM-accumulation plants.

actualizado el 11-08-2016.