editorial - difusion.tese.edu.mxdifusion.tese.edu.mx/documentos2004/4631_NQBRJGO.pdf · que su efecto sobre las propiedades del polímero sean marginales, por lo tanto, es ineludible

editorialNo cabe duda que el ritmo creciente y acelerado de las actividades científicas ytecnológicas, han influido en el desarrollo de la sociedad contemporánea, modifica-do la manera de vivir y convivir de los pueblos, las formas de comunicación, losmodos de pensar y de actuar, e incluso, en algunos casos, transformado las costum-bres, tradiciones y creencias, con su inevitable impacto en la propia cultura.

En este contexto, el Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec (TESE) desde suorigen, ha tenido como parte de su misión, promover el conocimiento y la culturanacional y universal, especialmente la de carácter tecnológico; de ahí la relevancia deeditar una revista con el fin de difundir los avances de la investigación y el desarrollocientífico en este ámbito, en el contexto de su influencia sobre la sociedad y en lacultura, considerando también los aspectos históricos y filosóficos, así como estudiosprospectivos orientados a visualizar el futuro viable y sustentable de nuestro planeta. Elobjetivo es propiciar la reflexión en que el progreso económico y social depende encierta medida del uso racional de la producción científica y tecnológica, tanto nacionalcomo la generada a escala mundial. Es por ello que en el año 2002 surge la revistaTecnocultura, como un foro abierto a la expresión y como un medio para difundir elquehacer de los docentes e investigadores del TESE y de otras instituciones afines.

Para iniciar la publicación de la revista Tecnocultura se contó con el respaldo de unConsejo Editorial integrado por destacados académicos e investigadores de diferen-tes disciplinas, orígenes y orientaciones filosóficas. Uno de ellos fue el Dr. ManuelMéndez Nonell, Director Adjunto de Ciencia del CONACYT, fallecido recientemente ya quien dedicamos este número como tributo al incondicional apoyo y confianza queotorgó al TESE para realizar esta publicación.

La trayectoria del Dr. Méndez Nonell, constituye un ejemplo de la entrega apasionadapor su ámbito de estudio, que fue la ingeniería química metalúrgica, pues con tansólo 27 años de edad, obtuvo el doctorado en Metalurgia, en la Universidad Sheffield,Inglaterra, y posteriormente se enfocó a la investigación sobre el tratamiento delmetal líquido en los procesos de solidificación. Como docente, contribuyó a la forma-ción de estudiantes en las principales universidades del país como la UNAM y el IPN.

De igual forma desempeñó importantes cargos en prestigiadas instituciones, comoel CINVESTAV, del IPN, en donde fue fundador y director de la Unidad Saltillo, Secre-tario Académico y Secretario de Planeación (1999-2000); y también en el CONACYT,en donde ocupó diversos puestos directivos desde el 2001. Recibió numerososreconocimientos y escribió más de 70 artículos de divulgación científica.

Esta es en verdad una lamentable pérdida para la ingeniería mexicana, sin embargo,su legado de trabajo, dedicación y colaboración entusiasta, permanece y será fuentede inspiración para muchas generaciones de investigadores.

Contenido

DIRECTDIRECTDIRECTDIRECTDIRECTORIOORIOORIOORIOORIO

GOBIERNOGOBIERNOGOBIERNOGOBIERNOGOBIERNODEL ESTDEL ESTDEL ESTDEL ESTDEL ESTADO DE MÉXICOADO DE MÉXICOADO DE MÉXICOADO DE MÉXICOADO DE MÉXICO

LIC. ARTURO MONTIEL ROJASGobernador Constitucional

del Estado de México

ING. AGUSTÍN GASCA PLIEGOSecretario de Educación, Cultura y

Bienestar Social del Estado de México

M. EN C. CARLOS LEÓN HINOJOSASubsecretario de Educación

Media Superior y Superior

AAAAAUTUTUTUTUTORIDORIDORIDORIDORIDADES DEL TESEADES DEL TESEADES DEL TESEADES DEL TESEADES DEL TESE

M. EN A. URIEL GALICIA HERNÁNDEZDirector General

M.C. ALFONSO MARTÍNEZ REYESDirector de Administración y Finanzas

C. P. MARÍA EUGENIABÁTIZ Y SOLÓRZANO Directora Académica

ING. ÁLVARO GÓMEZ CARMONADirector de Apoyo

y Desarrollo Académico

M. EN C. MARIO QUEZADA ARAGONEZDirector de Vinculación y Extensión

LIC. JAVIER VILLEGAS ALTAMIRANOAbogado General

LIC. REYNALDO MONTÚFAR OCHOAContralor Interno

CONSEJO EDITCONSEJO EDITCONSEJO EDITCONSEJO EDITCONSEJO EDITORIALORIALORIALORIALORIAL

DR. ADOLFO GUZMÁN ARENAS

DR. JUAN JOSÉ SALDAÑA

DR. FELICIANO SÁNCHEZ SINENCIO

DR. MANUEL MENDEZ NONELL

DR. CARLOS ORNELAS

REVISTREVISTREVISTREVISTREVISTA TECNOCULA TECNOCULA TECNOCULA TECNOCULA TECNOCULTURATURATURATURATURA

EditorEditorEditorEditorEditorLic. María Isabel Arroyo Pérez

Corrección de estiloCorrección de estiloCorrección de estiloCorrección de estiloCorrección de estiloLic. Rafael Ortiz Hernández

Diseño y formaciónDiseño y formaciónDiseño y formaciónDiseño y formaciónDiseño y formaciónL.D. Fernando Rubio Orozco

TTTTTecnoculturaecnoculturaecnoculturaecnoculturaecnocultura, revista de divulgación del conocimientocientífico, tecnológico y humanístico del Tecnológico deEstudios Superiores de Ecatepec. Año 3, No. 8, septiembre-diciembre 2004. Número de autorización del ComitéEditorial de la Administración Pública Estatal A: 205/4/01/04/3. Edita y distribuye la Unidad de Relaciones Públicasy Difusión, domicilio: Av. Tecnológico (antes Valle delmayo) s/n, Col. Valle de Anáhuac, C.P. 55210, Ecatepec,Estado de México. Teléfono y Fax: 5710- 4560. Correoelectrónico: [email protected]. Impreso en febrerode 2005. Imprenta: Huazo Impresores, domicilio: TexcocoMz. 513, Lote 38, No. 76, Cd. Azteca, Ecatepec, Estado deMéxico. Número de Reserva al Título de Derechos de Autor:04-2004-101417135700-102. Se imprimen 1000 ejem-plares. Se autoriza la reproducción total o parcial del materialpublicado en Tecnocultura, siempre y cuando cite la fuente.Los artículos son responsabilidad de los autores.

http://tecnocultura.tese.edu.mx

En portada

Insecto

Los Polímeros sintéticos llegaronLos Polímeros sintéticos llegaronLos Polímeros sintéticos llegaronLos Polímeros sintéticos llegaronLos Polímeros sintéticos llegaronpara quedarse:satisfactorespara quedarse:satisfactorespara quedarse:satisfactorespara quedarse:satisfactorespara quedarse:satisfactores

imprescindibles de nuestroimprescindibles de nuestroimprescindibles de nuestroimprescindibles de nuestroimprescindibles de nuestromodo de vidamodo de vidamodo de vidamodo de vidamodo de vida

Células vegetales:Células vegetales:Células vegetales:Células vegetales:Células vegetales:biorreactores para diseñarbiorreactores para diseñarbiorreactores para diseñarbiorreactores para diseñarbiorreactores para diseñary producir biomoléculasy producir biomoléculasy producir biomoléculasy producir biomoléculasy producir biomoléculasy remover compuestos tóxicosy remover compuestos tóxicosy remover compuestos tóxicosy remover compuestos tóxicosy remover compuestos tóxicos

4

Mitos y realidadesMitos y realidadesMitos y realidadesMitos y realidadesMitos y realidadesde la fibra dietéticade la fibra dietéticade la fibra dietéticade la fibra dietéticade la fibra dietética

14

El trabajoEl trabajoEl trabajoEl trabajoEl trabajodel políticodel políticodel políticodel políticodel político

de empresa y susde empresa y susde empresa y susde empresa y susde empresa y susprocedimientosprocedimientosprocedimientosprocedimientosprocedimientos

19

Incremento de la biodegradaciónIncremento de la biodegradaciónIncremento de la biodegradaciónIncremento de la biodegradaciónIncremento de la biodegradaciónde hidrocarburos por extracciónde hidrocarburos por extracciónde hidrocarburos por extracciónde hidrocarburos por extracciónde hidrocarburos por extraccióncon solventes en un sistemacon solventes en un sistemacon solventes en un sistemacon solventes en un sistemacon solventes en un sistemade suelo en suspensiónde suelo en suspensiónde suelo en suspensiónde suelo en suspensiónde suelo en suspensión

28

TTTTTecnohumorecnohumorecnohumorecnohumorecnohumor

Avances en el usoAvances en el usoAvances en el usoAvances en el usoAvances en el usodel Sol-Gel como materialdel Sol-Gel como materialdel Sol-Gel como materialdel Sol-Gel como materialdel Sol-Gel como materialpara inmovil izar sistemaspara inmovil izar sistemaspara inmovil izar sistemaspara inmovil izar sistemaspara inmovil izar sistemas

biológicosbiológicosbiológicosbiológicosbiológicos

AprovechamientoAprovechamientoAprovechamientoAprovechamientoAprovechamientode residuosde residuosde residuosde residuosde residuos

l ignocelulósicosl ignocelulósicosl ignocelulósicosl ignocelulósicosl ignocelulósicospara la producción depara la producción depara la producción depara la producción depara la producción deenzimas ligninolíticasenzimas ligninolíticasenzimas ligninolíticasenzimas ligninolíticasenzimas ligninolíticasde elevado potencialde elevado potencialde elevado potencialde elevado potencialde elevado potencial

biotecnológicobiotecnológicobiotecnológicobiotecnológicobiotecnológico22

3a

32

NemátodosNemátodosNemátodosNemátodosNemátodosentomopatógenos.entomopatógenos.entomopatógenos.entomopatógenos.entomopatógenos.I. Biología y cicloI. Biología y cicloI. Biología y cicloI. Biología y cicloI. Biología y ciclo

de vidade vidade vidade vidade vida

36

9

In memorianIn memorianIn memorianIn memorianIn memorianDr. Manuel Méndez Nonell

27

Invest igación · C iencia · Tecnología · Cul tura

4

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Perspectiva industrial de los polímerosn la industria de procesos, aproximadamen-te el 95% de la venta de polímeros sintéti-

cos corresponden a productos que fueron introducidoshace más de 35 años. Nuevos materiales han comen-zado a comercializarse, pero desde el punto de vistade las ventas, no serán significativos en tanto no cum-

plan con características que les confieran propie-dades verdaderamente innovadoras, tal y como su-

cedió con el Nylon (una poliamida) o el Teflón (unfluoropolímero). En este sentido, el desarrollo de ma-teriales con propiedades deseables y controladas,como son la distribución de pesos moleculares, lapolidispersidad (qué tan ancha es la distribución), lacomposición, los grupos funcionales y la arquitecturade la molécula, están en plena consolidación; además,estos nuevos materiales deberán presentar morfolo-gía en el orden de los nanómetros. Lo anterior está sien-do posible debido a un método novedoso de síntesis dehomopolímeros, y particularmente de copolímeros, llama-do polimerización mediante radical libre controlada o vivien-te.1,2 También, los polímeros conductores intrínsecos de laelectricidad, como la polianilina y el polipirrol, entre otros,presentan potencial para modificar la tecnología de lossemiconductores; actualmente, mucho es lo que se estáinvestigando acerca de su síntesis en un medio disperso.

LosPolímerossintéticosllegaronparaquedarse:

satisfactores imprescindiblesde nuestro modo de vida

José Antonio Arcos Casarrubias*

E

5

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

TTTTTecnológico de EEEEEstudios SSSSSuperiores de EEEEEcatepec

Entre los métodos de síntesis depolímeros, está la polimerización víaradical libre (una especie química conelectrón desapareado), que es muy sig-nificativa, tanto en términos de volumende producción como en dividendos eco-nómicos. Como ejemplo de los prime-ros, sólo se mencionarán algunos de lospolímeros más importantes: el polie-tileno, el poliestireno, el cloruro depolivinilo, el acetato de polivinilo, la fa-milia de los poliacrílicos y los fluoro-polímeros (todos ellos denominadosgenéricamente como monómerosvinílicos) y las poliacrilamidas. Estospolímeros y sus copolímeros se usanen un amplio tipo de aplicaciones, queabarcan desde vidrios, recubrimientosprotectores, bases de pinturas, adhe-sivos, botellas y películas plásticas, pro-ductos para el acabado de pieles ysucedáneo de piel, ceras para pisos,bajo-alfombras, placas de impresión,modificador de la viscosidad, disper-santes, floculantes, en tratamiento deagua, en fibras textiles y en su trata-miento, gel para electroforesis, aditivosdel cemento, estabilizadores de suelos,fijador en aerosol para el cabello, resi-nas de intercambio iónico, entre otrasáreas en continuo crecimiento.

Dentro de los segundos, existe unaproducción de polímeros cuyas carac-terísticas de aplicación los agrupan enplásticos de ingeniería o especialidades,como es el copolímero de acrilonitriloy estireno, conocido como resina SAN,y el terpolímero de acrilonitrilo,butadieno y estireno o ABS (por sus si-glas en inglés); son productos que re-sisten los disolventes y son fácilmentemoldeables para la elaboración de pie-zas, por ejemplo de autopartes. Tam-bién, son la base para la fabricación deplásticos reforzados de alto desempe-ño, usados en la industria aeroespacial.

Método de síntesismediante radical libre

La importancia industrial que la polime-rización vía radical libre presenta, escontundente, dada su utilización masi-

va; no obstante, aún quedan aspectoscinéticos y de fenómenos de transportepor dilucidar, y por supuesto, situacio-nes de ingeniería de reactores depolimerización por entender, optimizary controlar.

Para el propósito de obtener un pro-ducto con propiedades específicas, esimprescindible el manejo de los proce-sos que cesan el crecimiento de la ca-dena polimérica, a partir de principioscientíficos y no sólo del conocimientoempírico. En este sentido, actualmentese está trabajando en la dirección de es-clarecer las cinéticas de polimerización,particularmente orientadas hacia la re-acción de terminación.3 Dado que estareacción no puede ser totalmente su-primida, sí es posible, en cambio, dis-minuir su intervención hasta el puntoque su efecto sobre las propiedades delpolímero sean marginales, por lo tanto,es ineludible el entendimiento básico delos mecanismos que ocasionan la ce-santía del crecimiento de la cadena, prin-cipalmente los relativos a la terminaciónbimolecular.

En la introducción del artículo de re-visión, publicado, en el 2002 porBeuermann y Buback,4 se estipula: "noobstante la enorme importancia técnicade la polimerización vía radical libre, lacomprensión minuciosa de las cinéticasde polimerización todavía están incom-pletas". Ahí mismo se dice también quepara muchas reacciones de polimeri-zación, las constantes de rapidez de losprocesos de propagación de la reaccióny de terminación no se han determinadoen forma precisa.

Lo expresado tiene sustento en lainspección efectuada a la tercera edi-ción del Manual de los Polímeros, deBrandup e Immergut,5 publicada en1989, en donde se puede observar unadispersión muy grande de los valorestabulados de las constantes de rapidez,aun para sistemas de polimerizacióncuyas condiciones de reacción son os-tensiblemente idénticas (este artículorecapitula sobre las publicaciones quehan aparecido impresas hasta diciem-

Acerca del autor...

*Doctor en Ciencias por la Universidad AutónomaMetropolitana, Iztapalapa. Actualmente se

desempeña como profesor investigador en elTecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec.

Su trabajo de investigación lo lleva a cabo en elLaboratorio de Procesos Químicos, del edificio "J",

adscrito a la División de Ingeniería Química yBioquímica, y su línea de investigación

son los procesos de polimerización.


6

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

bre de 2000 en las diferentes revistastécnicas relativas al campo).

Recíprocamente, el disponer de losvalores de las constantes de rapidez tie-ne, finalmente, un sentido práctico, puespermite describir la distribución de pe-sos moleculares de los polímeros; asi-mismo, hace factible la simulación(representar el comportamiento dinámi-co del sistema de polimerización median-te las ecuaciones diferenciales que lomodelan) y, en consecuencia, se puedenescoger las condiciones de reacción óp-timas para conseguir una distribución depesos moleculares que demanda la apli-cación del producto final y, el tipo dereactor para la producción.

Comportamientofenomenológico

de los monómeros vinílicosLos monómeros vinílicos exhiben un com-portamiento funesto en el proceso depolimerización mediante radical libre, co-nocido como efecto gel o "Trommsdorff"o "Norrish-Smith", el cual se manifiestaen la autoaceleración de la rapidez depolimerización durante el intervalo deconversión, comprendido desde la re-gión intermedia a la alta. Este fenóme-no puede conducir a que se obtenga unproducto con propiedades fuera de es-pecificación, o que la operación delreactor se salga de control, dada la na-turaleza exotérmica de la reacción, loque conduciría a aumentar súbitamentela temperatura, pudiendo ocasionar dañoen el reactor, debido al taponamiento delos conductos.

Existen varias formas de evitar la pre-sencia de la autoaceleración y que seusan cotidianamente; una de ellas con-siste en el empleo de gran cantidad deagente de transferencia de cadena, locual, irremediablemente lleva a produ-cir polímero de bajo peso molecular.Otra manera es la utilización de un vo-lumen considerable de disolvente, sinembargo, eso eleva los costos y haceriesgosa la operación del proceso. Porconsiguiente, el entendimiento de este

fenómeno es importante para la produc-ción y el control de procesos depolimerización mediante radical libre, asícomo para el desarrollo de procesosnovedosos.La evidencia experimental de la presen-cia del efecto gel, se detecta en la gráfi-ca de conversión de monómero contratiempo, en la forma de un repentinoaumento de la pendiente (puesto que éstarepresenta la rapidez de polimerización).En conversión baja, la pendiente esprácticamente constante, y su magni-tud depende del tipo de monómero, laconcentración del iniciador de la reac-ción y la temperatura.

Con el avance de la reacción, se llegaa un valor de conversión en el cual lapendiente comienza a aumentar de mag-nitud hasta llegar a un máximo, para lue-go descender y llegar a cero. Esteaumento en la rapidez de polimerizaciónconduce, generalmente, a aumentar latemperatura, lo cual, a su vez, conlleva aincrementar la rapidez de conversión, loque también origina mayor temperatura,y así sucesivamente. El ciclo se interrum-pe cuando el monómero se agota o cuan-do ya no está disponible para continuarla reacción, debido a las restriccionesfísicas que impone la elevadísima visco-sidad del medio. Por lo tanto, durante elefecto gel, la magnitud de la pendientede conversión contra tiempo, dependede la efectividad con que se transfiera laenergía térmica desde el medio de reac-ción hacia el exterior.

La figura 1 muestra la conversiónporcentual de metacrilato de metilo enfunción del tiempo, para diferentes ex-perimentos, obtenida mediante calori-metría diferencial de barrido (DSC). Sepuede apreciar que los experimentosrealizados a temperatura más alta tie-nen un tiempo de reacción menor, quela rapidez de reacción a tiempos cor-tos es constante y que aumenta su va-lor en función del incremento de latemperatura. También, que para uncierto tiempo de reacción, la rapidezaumenta súbitamente, lo cual es un re-

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150conv

ersi

ón p

orce

ntua

l de

mon

ómer

o

tiempo (minutos)

abcde

Figura 1. Gráfica de la conversión porcentual en función del tiempo,correspondiente a la polimerización en masa de metacrilatode metilo, con 0.5% en peso de 2,2´-Azo-bis-isobutironitrilo

(AIBN) usado como iniciador de radicales libres. Losexperimentos se realizaron a diferentes temperaturas: (a)

60, (b) 65, (c) 70, (d) 75 y (e) 80 °C.

7

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


sultado de la presencia del efecto gel oautoaceleración.

La calorimetría diferencial de barri-do mide el flujo de calor relativo que selibera durante el avance de la reacción,lo que se relaciona de manera directacon la conversión de monómero. Estatécnica permite realizar experimentosisotérmicos, debido principalmente ados causas: la masa del monómero quese usa es pequeña, de alrededor de 10miligramos, lo cual permite disipar la ener-gía térmica con relativa facilidad, y la otra,se refiere a las técnicas electrónicas decontrol del equipo, cuya rapidez de res-puesta es grande.

Teorías para la interpretacióndel efecto gel y sus limitaciones

En el medio académico, es aceptadala descripción cualitativa de la autoace-leración característica en la rapidez depolimerización. Se postula que ésta sedebe al decremento del coeficiente determinación bimolecular, kt, el cual, asu vez, se origina en las restriccionesimpuestas a la movilidad de las cadenaspoliméricas por parte del aumento de laconcentración de polímero, concomi-tante al avance de la reacción. Sin em-bargo, no existen modelos que poseancapacidad de predicción, es decir, querelacionen la conversión de inicio delefecto gel, xcrit, con la temperatura, laconcentración de polímero y el pesomolecular. Entre las dificultades princi-pales para conseguirlo está el hecho, sinlugar a duda, de que la causa del iniciodel efecto gel no se ha podido aislar.Los diversos intentos por explicar elefecto gel se dividen en dos categorías:la descripción a través de enmaraña-miento de las cadenas y la descripciónmediante volumen libre; sin embargo,ninguna es adecuada para describirlosatisfactoriamente.

El supuesto de que el inicio de enmara-ñamiento causa el efecto gel, es inadecua-do, dado que la evidencia experimentalmuestra que el efecto gel se puede presen-tar en ausencia de cadenas enmarañadas.Además, en sistemas que indudablemente

presentan enmarañamiento, el inicio delefecto gel no se correlaciona con el pesomolecular, perdiendo la consistencia conlos argumentos de la hipótesis del enma-rañamiento.

La idea de relacionar el inicio delefecto gel con la disminución del volu-men libre en el sistema, ha estado pre-sente desde los primeros trabajos deinvestigación sobre el fenómeno deautoaceleración. Al avanzar la poli-merización, se va formando un mayornúmero de macromoléculas y el mediode reacción cambia su densidad, tor-nándose más denso; por consiguiente,disminuye el volumen libre en el siste-ma y aumenta la viscosidad; por lo tan-to, existe una relación inversa entre elvolumen libre y la viscosidad.

Desde un punto de vista microscó-pico, las moléculas que constituyen alfluido, al adquirir su conformación es-pacial, dejan huecos entre sí, los cualesforman el volumen libre (cabe mencio-nar que el comportamiento del sistemaes dinámico, es decir, que las molécu-las, particularmente las cadenas depolímero, están cambiando continua-mente su conformación en el medio y,por consiguiente, en ciertos puntos delmedio se forma volumen libre y en otrosdesaparece: se dice que se presentanfluctuaciones en la densidad). En con-secuencia, se ha buscado determinar ladependencia del aumento de la viscosi-dad del medio con el avance de la reac-ción y su relación con la disminución delvolumen libre. Sin embargo, esta teoríano reproduce el comportamiento de laconversión de monómero contra tiempoen un amplio intervalo de condiciones dereacción. Dado que volumen libre noes una teoría a nivel molecular, nopuede relacionar la influencia que tie-ne el tamaño de la cadena sobre la ra-pidez de terminación.

La teoría más reciente para explicarla causa del efecto gel, postula que aconversión intermedia, la terminación seestablece por la reacción entre una ca-dena corta y otra larga. Fundamental-mente, la cadena corta es aquella que


8

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

no presenta enmarañamiento y la cadena larga está enmara-ñada. La rapidez de este proceso cinético está determinadapor la difusión de la cadena con mayor movilidad, que evi-dentemente corresponde a la cadena corta. por lo que el ini-cio del efecto gel estaría relacionado con la inmovilizaciónde las cadenas cortas del sistema, representado por la dismi-nución abrupta del coeficiente de difusión. Dado que la kt sepuede relacionar de manera directa con el coeficiente de di-fusión (que es una propiedad fundamental de las moléculas),esta teoría representa una idea atractiva.

Actualmente, muchos de los trabajos publicados, tantoteóricos como experimentales, están dirigidos en este senti-do; así, el énfasis se ha puesto en la medición del coeficientede difusión de las especies químicas representativas de ladinámica de los sistemas de polimerización y, en la interpre-tación del proceso de terminación bimolecular entre dos ra-dicales libres.

En los sistemas de polimerización mediante radical libre,se puede identificar un evento cinético básico: la reacciónentre cadenas poliméricas, que es, por lo general, un proce-so irreversible. La clave para comprender la polimerizaciónlineal, es establecer la dependencia de la rapidez de reacciónentre las cadenas de polímero con la longitud de la cadena, laconcentración de polímero y la reactividad de los gruposfuncionales. Este asunto es uno de los motivos principalespara dirigir los esfuerzos de investigación hacia el desarrollode teorías fundamentales de las reacciones de polímero dealto peso molecular, y el establecimiento de métodos para lamedición precisa de la rapidez de reacción entre cadenas depolímero.

Una aplicación posible, resultante de comprender la reac-ción entre cadenas de polímero con control de una etapadifusiva (reacción entre macrorradicales), está en la síntesisde copolímeros en bloque y de injerto, mediante el procesa-miento reactivo y el de compatibilidad de mezclas inmiscibles(el procesamiento reactivo consiste en llevar a cabo lacopolimerización de dos monómeros en el interior de unextrusor, de modo que el copolímero formado adquiere elcarácter de insumo para otro proceso o de producto final.Por otra parte, dos homopolímeros diferentes en solución,termodinámicamente incompatibles, forman dos fases. Lacompatibilidad consiste en hacer reaccionar, a través de lainterfase, a los dos homopolímeros para formar el copolímerobuscado).

ConclusiónLa producción de polímeros mediante radicales libres es muyimportante, a la vista de la enorme variedad de satisfactoresproducidos y de su volumen de ventas. Una fuente principalde problemas generados durante el proceso de producción,es el inicio del efecto gel, que con frecuencia ocasiona quelas reacciones de polimerización se tornen incontrolables,

dando como resultado la elevación excesiva de la temperatu-ra, la rápida conversión de monómero y el taponamiento delequipo. Sólo a través del conocimiento básico acerca delorigen molecular que causa la autoaceleración, se puedendesarrollar estrategias para mejorar el proceso de produc-ción de polímeros.

En este sentido, la hipótesis más reciente y con mejorperspectiva es la que se refiere a la terminación entre unacadena corta y otra larga; por consiguiente, el entendimientodel comportamiento difusivo de estos sistemas es de capitalimportancia. En contraparte, desde el punto de vista experi-mental, las técnicas para la medición del coeficiente de difu-sión presentan severas restricciones, las cuales tienen suorigen en la compleja naturaleza de los sistemas de polímeros.Por ello, a este campo, parte de la comunidad académica eindustrial le están dedicando esfuerzos considerables paradilucidar los fenómenos subyacentes en la polimerización víaradical libre.

AgradecimientosEl autor agradece al Dr. Humberto Vázquez Torres, de la Universidad AutónomaMetropolitana, Iztapalapa, el apoyo brindado para usar el calorímetro diferencial debarrido. Asimismo, a los alumnos Víctor Manuel Carrasco Lázaro (TESE) y CésarHirokazu Hirata (Facultad de Química, UNAM) por su ayuda en la obtención de lostermogramas.

Referencias...

1.1.1.1.1. Matyjaszewski, K. En: Matyjaszewski K., editor, ACS symposium series 768,Washington, D. C.: American Chemical Society, 2000.2-26.

2. 2. 2. 2. 2. Fukuda, T. y Goto, A. En: Matyjaszewski K., editor, ACS symposium series 768,Washington, D. C.: American Chemical Society, 2000. 27-38.

3. 3. 3. 3. 3. Buback, M. En: Matyjaszewski K., editor, ACS symposium series 768,Washington, D. C.: American Chemical Society, 2000. 39 -56.

4. 4. 4. 4. 4. Beuermann, S.; Buback, M., Prog. Polym. Sci. 2002, 27, 191- 254.

5.5.5.5.5. Brandrup, J. y Immergut, E. H., editores, Polymer Handbook, 3a ed., New YorkWiley-Interscience, 1989.


9

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Después de casi 40 años de investigaciónen el área biotecnológica para usar culti-vos de células vegetales en la producción

de compuestos de importancia biológica, las plantasaún siguen siendo la principal fuente de la mayoría delos productos naturalesa usados en la industria farma-céutica, cosmetológica y alimentaria. La mayoría delos investigadores que han trabajado en esta área coinci-den en que esa falta de éxito es debida a que se conocemuy poco acerca de las rutas de biosíntesis y degrada-ción de estos compuestos. No obstante, los considera-bles adelantos de última década en el área de la

L

Acerca de los autores...

1CINVESTAV-IPN, Depto. Biotecnología y Bioingeniería, Ingeniería Metabó[email protected]

2 Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec, División de Ing. Química yBioquímica, Biotecnología Ambiental, [email protected]

3 Instituto Tecnológico de Oaxaca

Referencias...

a a a a a "Productos naturales" se refiere a aquellos compuestos de origen natural que sonúnicos de una especie de organismo o a un pequeño número de especies

estrechamente relacionadas (J. Mann, 1993. Secondary metabolism.).b b b b b Xenobióticos: compuestos orgánicos no naturales y tóxicos para los seres vivos. (J.

M. Lackie and J.A.T. Dow., 2000. The diccionary of cell and molecular biology

Biotecnología Vegetal Molecular, ha dado la oportunidadde que las plantas puedan concebirse como verdaderosbiorreactores para la producción biotec-nológica demetabolitos secundarios o productos naturales y de otrasbiomoléculas como anticuerpos,1,2 antígenos3,4 y proteí-nas,5,6 así como para la remoción de xenobióticos; com-puestos tóxicos para el medio ambiente.7 Este trabajohace una remembranza de cómo la manipulación genéticay molecular del metabolismo secundario ha dado lugar aesas oportunidades y espontáneamente a nuevas estra-tegias experimentales y procesos biotecnológicos parala obtención de productos naturales y transgénicos.

Célulasvegetales:

biorreactorespara diseñary producir biomoléculas

y remover compuestos tóxicosGraciano Calva Calva1, Josefina Pérez Vargas2 , Felipe Palma Cruz3


10

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Obtención de productos naturalesen biorreactores

Las plantas han sido la principal fuente de alimentos y demetabolitos secundarios o productos naturales desde tiem-pos prehistóricos.8 Este tipo de compuestos, que incluyefármacos, insecticidas, saborizantes, aromas y colorantes,se utilizan comúnmente como materias primas o principiosactivos en la industria química, farmacéutica, agrícola yalimentaria (Tabla 1). Sin embargo, debido a los problemasambientales provocados por el hombre y a la sobreexplotaciónde las fuentes naturales, muchas especies vegetales están enpeligro de extinción o han desaparecido ya. Es comprensibleentonces, que se esté realizado un gran esfuerzo para obte-ner ese tipo de compuestos usando técnicas alternativas alas naturales, como el cultivo de células, tejidos y órganosvegetales en biorreactores que en México se han investigadoampliamente desde los últimos 35 años. Estas técnicas, queinicialmente incluían cultivos sumergidos de células en sus-pensión, células inmovilizadas, brotes, embriones y raí-ces,9,10,11 posteriormente abarcaron cultivos de células y raícestransformadas y la obtención de plantas trangénicas.2,5

El potencial del cultivo de células, tejidos u órganos vegetalesen biorreactores, de manera similar a los procesos de fermenta-ción con microorganismos, para la producción de metabolitossecundarios o productos naturales, fue demostrado plenamentepor Zenk et al., en 1976. Zenk logró establecer cultivos de célu-las en suspensión de Catharanthus roseus capaces de producirserpentina y ajmalicina, dos alcaloides del indol característicosde esta planta.9 Algunas de las ventajas de los cultivos de célulasvegetales con respecto a las técnicas agrícolas tradicionales quehan sido enumeradas por diversos autores10,11 son: 1) indepen-dencia de las variaciones de factores climáticos, 2) sistemas deproducción definidos y constantes, 3) consistencia en los ren-

Industria Producto Planta Aplicación Química Diosgenina

Shikonina Solasodina

Dioscorea deltoidea Lithospermum erythrorhizon Solanum chrysotrichum

Síntesis de anticonceptivos Precursor de antraquinonas Síntesis de esteroides

Farmacéutica Codeína Quinina Digoxina Escopolamina Vincristina Trigonelina

Papaver somniferum Cinchona ledgeriana Digitalis lanata Datura stramonium Catharanthus roseus Trigonella foenum-graecum

Analgésico Antipalúdico Cardiotónico Antihipertensivo Anticancerígeno Anticancerígeno

Alimentaria Shikonina Ginsenósido Capsaicina

Lithospermum erythrorhizon Panax ginseng Capsicum spp.

Pigmento Saborizante Saborizante

Agrícola Capsaicina Capsicum spp. Insecticida

Tabla 1.Productos naturales e industria de aplicación


11

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

dimientos y calidad del producto, 4) mínimas necesidades deespacio para el desarrollo de la producción, 5) población celularuniforme y facilidad de extracción del producto, 6) indepen-dencia de aspectos políticos. No obstante esas ventajas, des-pués de más de 35 años de investigación, sólo cuatro procesosse han podido establecer de manera comercial: Shikonina, deLithospermum erythrorhizon por la compañía MitsuiPetrochemical Ind. Ltd.,13 Gingenósido de Panax ginseng yPurpurina de Rubia akane por Nitto Denko Corp,10 y Taxol deTaxos cuspidata por Phyton Inc.14 en asociación con Bristol-Myers Squibb Co. Esto se ha debido principalmente a la bajavelocidad de crecimiento de los cultivos de células y tejidosvegetales en comparación con los de microorganismos, la bajaproductividad volumétrica, bajos rendimientos del producto, altoscostos de proceso, la inestabilidad del producto en los cultivosy, principalmente, al pobre conocimiento del metabolismo se-cundario a nivel de intermediarios metabólicos, su enzimas y desu regulación metabólica. El reconocimiento de estos proble-mas desde finales de la década de los ochenta,12 originó quedesde ese entonces las investigaciones sobre la producción demetabolitos secundarios se dirigieran hacia la aplicación de di-versas estrategias para incrementar la productividad de estoscompuestos en los cultivos (Tabla 2). La aplicación de esasestrategias, en especial la genética y la biología molecular encombinación con la bioquímica para estudiar el metabolismosecundario y su regulación, condujo las investigaciones a desa-rrollar nuevas estrategias experimentales que han culminado enla aparición de áreas como la Ingeniería Metabólica y la Agricul-tura Molecular (molecular farming).

Ingeniería metabólicaLa ingeniería metabólica se refiere a la aplicación de labioquímica, genética y biología molecular para manipular yestudiar las rutas metabólicas endógenas de un organismo,tiene como objetivo generar cultivos celulares u organismostransgénicos en los que el perfil de los productos naturalescaracterísticos de esa especie se vea incrementado o modifi-cado a fin de que adquieran características adecuadas paraestablecer procesos comercialmente viables.15,16 En el casode productos naturales, el objetivo principal en la mayoría delos casos ha sido el incremento en la producción o velocidadde biosíntesis o la reducción del flujo metabólico hacia laformación de productos metabólicamente colaterales. Así, laaplicación de la ingeniería metabólica en plantas ha permitidoobtener organismos que sobreacumulan aceites comestiblese industriales,17 ligninas18 y almidones19 de composición cons-tante y controlada, carotenoides y vitaminas A y E,20

metabolitos secundarios como alcaloides del tropano,21

flavonoides y antocianinas.22

Ingeniería metabólicay Agricultura molecular

Pero la manipulación de las rutas metabólicas de las plan-tas ha ido más lejos: ha permitido la introducción de materialgenético proveniente de otras plantas, e inclusive demicroorganismos o animales, para proveer a la planta recep-tora con funciones y habilidades nuevas, como la produc-ción de nuevos compuestos, asimilación de nuevos sustratosy degradación de xenobióticos.22 Esto último está permitien-

Tabla 2.Estrategias para mejorar la producción de metabolitos secundarios en cultivos de células vegetales

Sistemas de Cultivo: Cultivos de callos Cultivos de células Cultivos de brotes Cultivos de raíces Cultivos de dos fases

Condiciones de Cultivo: Optimización del medio de cultivo Optimización de parámetros nutricionales y fisicoquímicos Permeabilización celular Adición de potenciadores (elicitors) Adición de precursores e intermediarios biosintéticos Extracción continua del producto

Genética y Biología Molecular Vegetal: Sobreexpresión de enzimas limitantes de la biosíntesis Creación de nuevas ramas en las redes metabólicas existentes Canalización del flux metabólico hacia el producto de interés Generación de mutantes desreguladas con respecto al producto de interés Plantas transgénicas sin las ramificaciones de la ruta biosintética principal


12

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

biodegradación por microorganismosque colonizan la raíz o el suelo inmedia-tamente cerca de la raíz. La porción desuelo íntimamente asociada con las raí-ces de plantas en crecimiento es deno-minada rizosfera, que incluye lainmediata superficie de las raíces queestá extensivamente colonizada pormicroorganismos, zona llamada rizo-plano. El término rizosfera abarca lasuperficie de las raíces y el suelo adya-cente. El factor clave que distingue loslímites de la rizosfera, es la presenciade compuestos de bajo peso molecularexcretados por las raíces. Estos com-puestos sirven de fuente de carbonopara muchos de los microorganismosde la rizosfera, sin embargo para los quese encuentran lejos de ella, la fuente decarbono generalmente son los compues-tos de alto peso molecular, pocobiodisponibles, que soportan el creci-miento de bacterias y hongos que noson muy activos metabólicamente. Ladiversidad, actividad y especies quehabitan la rizosfera varía apreciablemen-te con la especie de planta.

Aprovechando la capacidad naturalde las plantas para excretar compues-tos a su rizosfera, se han obtenido plan-tas y raíces transformadas capaces deproducir y excretar biomoléculas y pro-teínas recombinantes.1,24,26 Se ha com-probado también en numerosos estudios,que las plantas son capaces de efectuarlos procesos postransduccionales de lasproteínas, como acetilación, fosforilacióny glicosilación, propios de los animalesy demás organismos eucarióticos y quelos microorganismos no pueden efec-tuar.1,27,28 Esta característica se ha apro-vechado para establecer cultivos decélulas, tejidos y órganos vegetalestransgénicos para la producción de pro-teínas completas o sus epítopos,antígenos vacunales y anticuerpos.27 Deestos cultivos es posible obtener plantastransgénicas productoras de esas bio-moléculas, tecnología que se ha denomi-nado Agricultura Molecular (MolecularFarming). En particular, a las plantastransgénicas creadas para la expresión

do estudiar y entender los mecanismospor los cuales las plantas participan enprocesos de remoción de contaminan-tes del medio ambiente, proceso tecno-lógico de biorremediación denominadofitorremediación.16,23,24

La meta de la biorremediación es re-mover contaminantes orgánicos einorgánicos a concentraciones inde-tectables o por debajo de los límites es-tablecidos como seguros o aceptables porlas agencias o instituciones reguladorascomo la EPA (Environmental ProtectionAgency, USA). La biorremediación seha usado para la destrucción de conta-minantes orgánicos del suelo, aguas sub-terráneas, lodos, sistemas de desechosindustriales y gases. El espectro de com-puestos susceptibles de ser degradadosbiológicamente es muy amplio, sin em-bargo, debido a la proliferación, su ame-naza a la salud y ecología, y a suproclividad para ser atacados por unaamplia gama de microorganismos, lamayoría de los estudios se han enfoca-do al petróleo y sus derivados, gasolinay sus constituyentes, hidrocarburospolicíclicos aromáticos, alifáticosclorados como el tricloroetileno ytetracloroetileno, y los hidrocarburosaromáticos clorados. A diferencia de loscompuestos anteriores, los metales no sondegradados, pero en los procesos debiorremediación éstos pueden modificarsepara que sean menos tóxicos a losmicroorganismos y a la vegetación.

Los procedimientos usados para laremoción de contaminantes generalmen-te son caros, siendo los biológicos losmás económicos. Por ejemplo, algunoscostos típicos en dólares por toneladade suelo son: adición de microor-ganismos a la tierra (land farming), de39 a 88; composteo, de 44 a 110;apilamiento de suelo, de 99 a 110; trata-miento de fangos, de 88 a 165. 25

Las tecnologías que involucran el usode plantas superiores para la remociónde contaminantes de suelos y aguas, sedenominan fitorremediación. Ésta inclu-ye procesos que involucran la toma decontaminantes por la planta o la

La meta de labiorremediación es

removercontaminantes

orgánicos einorgánicos a

concentracionesindetectables o por

debajo de los límitesestablecidos como

seguros o aceptablespor las agencias o

institucionesreguladoras

13

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


13

y suministro de antígenos vacunales, seles ha denominado Vacunas Comesti-bles, y muchas de éstas se encuentranya en pruebas a nivel clínico.28

Las ventajas de la producción debiomoléculas por cultivos de células ytejidos vegetales transgénicos son lasmismas que se mencionaron arriba paralos cultivos no transgénicos, peroadicionalmente, la tecnología de agricul-tura molecular ofrece la posibilidad deobtener proteínas animales con las mo-dificaciones postransduccionales co-rrectas para obtener la actividadbiológica respectiva.

Finalizaremos diciendo que actual-mente estamos aplicando estas tecno-logías enfocando nuestros esfuerzos ala obtención de compuestos bioactivoscomo fármacos, antígenos, anticuerpos,y para estudiar los mecanismos remo-ción de xenobióticos de sitios contami-nados con hidrocarburos. Nuestroprincipal soporte lo constituyen progra-mas sobre ingeniería metabólica de pro-ductos naturales y el estudio de laremoción de hidrocarburos aromáticospolicíclicos, los cuales se trabajan demanera conjunta entre el laboratorio deIngeniería Metabólica del Departamen-to de Biotecnología y Bioingeniería delCINVESTAV-IPN y el Laboratorio deBiotecnología Ambiental, de la Divisiónde Ingeniería Química y Bioquímica delTESE.

ConclusionesLa supervivencia del hombre en este pla-neta ha dependido y seguirá dependien-do de las plantas y sus compuestos.Aunque se han investigado intensamen-te diversas alternativas biotecnológicaspara la producción de metabolitos secun-darios vegetales o productos naturalespor cultivo de células vegetales enbiorreactores, sólo algunos procesos sehan podido establecer a nivel comercial,debido a que los costos no son comer-cialmente viables con respecto a las téc-nicas agrícolas tradicionales de cultivo,aun cuando el rendimiento de varios com-puestos en los cultivos in vitro es mayor

que en las plantas. El uso de estrategiasde Ingeniería Metabólica para incremen-tar los rendimientos y productividad parala elaboración de productos naturales ytransgénicos en plantas o cultivo de cé-lulas y órganos vegetales, deberá benefi-ciar espontáneamente a los Bioprocesosy la Agricultura Molecular. Así, la gene-ración de cultivos de células, tejidos yórganos vegetales y plantas trans-génicas, ha renovado la esperanza deestablecer procesos biotecnológicos,pero ahora no sólo para la producciónde los productos naturales, sino tam-bién para otros muchos tipos de com-puestos bioactivos, como proteínas,anticuerpos y antígenos, y aún más, parala remoción de compuestos tóxicos ynocivos a nuestro medio.

Bibliografía...

1.1.1.1.1. Stoger E.; Sack, M.; Fisher R.; Christou, P. (2002).Current opinion in Biotechnology 13: 161-166.

2.2.2.2.2. Hiatt, A.; Cafferkey, R.; Bowdish, K. (1989). Nature342: 76-78.

3.3.3.3.3. Mason, H.S.; Lam, D. M.; Arntzen,C. J. (1992). ProcNatl Acad Sci. 89: 11745-11749.

4.4.4.4.4. Zhang, G. G.; Rodrigues, L.; Rovinski, B.; White, K.A.. (2002). Mol Biotechnol. 20: 131-136.

5. Giddings, G.; Allison, G.; Brooks, D.; Carter, A.(2000). Nature Biotechnology. 18: 1151-1155.

6.6.6.6.6. Franken, E.; Teuschel; U. Hain, R. (1997). CurrentOpinion in Biotechnology 8: 411-416.

7.7.7.7.7. Salt, D. E.; Blaylock M.; Kumar, N. P.B.A.;Dushenkov, V., Ensley B. D.; Chet I.; Raskin I. (1995).

Biotechnology 13: 468-474.8.8.8.8.8. Bentley R. (1999). Secondary metabolite

biosynthesis: the firs century. Crit. Rev. Biotech. 19:1-40.

9.9.9.9.9. Zenk, M. H.; El-Shagi; H. Arens; J. Stöckigt, E. W.Wester; B. Deus (1976). In: «Plant tissue culture and

its biotechnological applications»(Barz W.; E.Reinhard and M. H. Zenk, Eds.) pages 27-43.

Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York.10.10.10.10.10. Alfermann A. W., M. Petersen (1995). Plant cell,

tissue and organ culture. 43: 199-205.11.11.11.11.11. Fowler, M.; Sepan-Sarkissian, G. (1983). Adv.

Biotech. Proc. 135-158.12.12.12.12.12. Yamada Y.; T. Hashimoto (1990). In: «Progress in

plant cellular and molecular biology. Proceeding ofthe VIIth International Congress on Plant tissue and

cell culture» (H.J.J. Nijkamp, L.H.W. Van Der Plassand J. Van Aartijk Eds.) Pags. 547-554. Amsterdam,

The Netherlands, 24-29 June. Kluwer AcademicPublisher, London, England.

13.13.13.13.13. Fujita, Y.; S. Takahashi; Y. Yamada (1985). Agric.Biol. Chem. 49(6): 1755-1759.

14.14.14.14.14. DiCosmo, F.; M. Misawa (1995). Biotech. Adv.13(3): 425-453.

15.15.15.15.15. Taylor, C. B. (1998). Plant cell. 10: 641b-644.16.16.16.16.16. Stephanopoulos, G. (1994). Current opinion in

biotechnology. 5: 196-200.17.17.17.17.17. Murphy, D. J. (1999). Current opinion in

biotechnology. 10:175-180.

18.18.18.18.18. Campbell, M. M.; Sederoff, R. R. (1996).Plant Physiol. 110: 3-13.

19.19.19.19.19. Heyer, A. G.; Lloyd, J. R.; Kossmann, J. (1999).Current opinion in biotechnology. 10: 169-174.

20.20.20.20.20. Hirschberg, J. (1999). Current opinionin biotechnology. 10:186-191.

21. 21. 21. 21. 21. Yun, D. J.; Hashimoto, T.; Yamada, Y. (1992).Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89: 11799-11803.

22.22.22.22.22. Dixon, R. A.; Lamb, C. J.; Masoud, S.; Sewalt, V.J. H.; Paiva, N. L. (1996). Gene 179: 61-71.

23. 23. 23. 23. 23. Salt, D. E.; Blaylock, M.; Kumar, N. P. B. A.;Dushenkov, V.; Ensley, B. D.; Chet, I.; Raskin, I. (1995).

Biotechnology 13: 468-474.24.24.24.24.24. Gleba, D.; Borisjuk, N. V.; Borisjuk, L. G.; Kneer,

R.; Poulev, A.; Skarzhinskaya, M.; Dushenkov, S.;Logendra, S.; Gleba, Y. Y.; Raskin, I. (1999). Proc. Natl.

Acad. Sci. USA. 96: 5973-5977.25.25.25.25.25. Anderson T. A.; E. A. Guthrie and B. T. Walton

(1993). Environ. Sci Technol. 27 (13): 2630-2636.26.26.26.26.26. Shanks, J. V.; Morgan, J. (1999). Current opinion

in biotechnology 10: 151-155.27.27.27.27.27. Trexler, M. M.; McDonald, K. A.; Jackman, A. P.

(2002). Biotechnol. Prog. 18: 501-508.28. 28. 28. 28. 28. Giddings, G. (2001). Current opinion in

biotechnology 12: 450-454.


14

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Mitosyrealidades

Dr. Alfonso Totosaus*

Acerca del autor...

* Profesor Investigador de la División de IngenieríaQuímica y Bioquímica del TESE.

fibradietéticadela

15

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


n los últimos años se haincrementado el interéspor llevar una vida más

"sana", donde los principales cambiosestán (o deberían estar) orientadosa la alimentación y la forma de vida.Con frecuencia se recomienda el con-sumo de alimentos más nutritivos, asícomo hacer ejercicio, dejando la vidasedentaria.

Un ingrediente que se ha visto últi-mamente involucrado es la fibra dieté-tica, que tiene un papel muy importanteen la digestión. Si recordamos un pocoel proceso digestivo, tenemos que éstese inicia al masticar los alimentos (esdecir, romper estructuras para liberarcomponentes, disminuir el tamaño parasu deglución y humectarlos con salivapara facilitar su travesía por el esófa-go). La digestión continúa con el pasode los alimentos por el tracto digestivo,donde los alimentos tragados entran alestómago, el cual completa tres tareasmecánicas: almacenar, mezclar y vaciar.El estómago acopia los alimentos y lí-quidos tragados, los mezcla y digiere(los destruye, por decirlo de algunamanera, con los líquidos y los jugos di-gestivos producidos) por acción mus-cular. Finalmente, el estómago vacía sucontenido en el intestino delgado. Aquíes donde se lleva al cabo el proceso másimportante, ya que en él los alimentosson terminados de digerir y son disuel-

tos por los jugos del páncreas e hígado.Los nutrientes (proteínas, grasas, azú-cares, vitaminas, minerales, etcétera)sólo pueden ser absorbidos por las pa-redes intestinales si están completamentedisueltos, pasando al torrente sanguí-neo y de aquí a todas las células delcuerpo donde hacen falta, ya sea con elfin de producir energía para nuestrasactividades, o ser almacenados comoreserva energética. Las partes no dige-ridas de los alimentos, pasan al colon yfinalmente son deshechadas.

El intestino se convierte en la partemás importante en nuestra nutrición, enrazón de que es ahí donde todos loscompuestos bioactivos o nutracéuticospasan y son absorbidos. Las deficien-cias en este proceso de absorción, cau-san enfermedades serias. La fibradietética, los probióticos y los pre-bióticos son nutrientes que promuevenun intestino más sano. Los alimentosque contienen este tipo de nutrientes sedenominan alimentos funcionales. Loscompuestos nutracéuticos son aquellosque se dice mejoran la salud, como losácidos omega-3, licopeno, etcétera, queen los últimos años han sido añadidos aciertos alimentos (principalmente lác-teos). Los probióticos son microor-ganismos que al ser ingeridos tienen lacapacidad de sobrevivir todo el proce-so digestivo, llegar al intestino delgadoy colonizarlo, es decir, adherirse a la

E


16

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

mucosa intestinal y ser la flora dominante. ¿Qué beneficiostiene esto? En teoría, esta flora vivirá en el intestino, comien-do sustancias que son parte de los alimentos digeridos y pro-duciendo otras de mayor beneficio, como los precursoresde algunas vitaminas o de otros componentes que mejoran lasalud. Además, al ser flora dominante, no dejan que losmicroorganismos dañinos se reproduzcan y nos enfermen.Los prebióticos son sustancias que nosotros no absorbemoso aprovechamos directamente, pero sí los microoganismosprobióticos.

El interés sobre los efectos de la fibra dietética se basa ensu capacidad para regular la consistencia y velocidad del pasode los alimentos a través del tracto intestinal. La consistenciaque adquiere al pasar por todo el aparato digestivo hasta suevacuación, determina sus propiedades no sólo de regular ladigestión, sino para ayudar a la adsorción de otros compues-tos que mejoran la salud, como se acaba de mencionar.

Las fuentes naturales de esta fibra son los vegetales ylas plantas. Los cereales son los alimentos consideradoscomo las mejores fuentes de fibra, además de aportar tam-bién minerales a la dieta. Las Dosis Diarias Recomenda-das (DDR) son únicamente para nutrientes que puedenproducir síntomas si no son ingeridos, limitándose a re-comendar su ingesta en la dieta y relacionarla con la sa-lud, sobre todo para componentes de los alimentos quehan demostrado ser benéficos para la salud, pero no esen-ciales. Un ejemplo de esto se muestra en la Figura 1, don-de las barras de salvado de trigo son una importante fuentede fibra dietética. El salvado es parte de la cascarilla deltrigo, que se separa durante su molienda para obtener ha-rina y sus derivados (harinas, féculas, germen, salvado),que después se reincorpora en cierto porcentaje para ela-borar la harina integral.

Hace tiempo se consideraba que las fuentes de fibra eranprincipalmente las cáscaras de las frutas y vegetales, ade-

Figura 1. Ejemplo de un alimento procesado rico en fibra dietética: barras de salvado de trigo.

«

»

El interés sobre losefectos de la fibra

dietética se basa en sucapacidad para regular laconsistencia y velocidad

del paso de los alimentosa través del tracto

intestinal.

17

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


más de algunos complementos comoPsyllium plantago o Plantago ovata. Re-cientemente se ha extendido la definiciónde fibra a otros compuestos, que al noser digeridos tienen un efecto benéficosobre la flora intestinal. De hecho, granparte de los supuestos complejos parabajar de peso milagrosamente, no sonmás que fibra, que al ser ingeridos conagua, se hidratan en el estómago, dandola sensación de saciedad, aumentando laevacuación y haciendo creer a la genteque baja de peso. Recordemos aquélanuncio donde una guapa conductoraasombraba a un perplejo grupo de co-mensales en algún restaurante de la colonia Condesa, ha-ciendo que una sola cápsula de este prodigioso "complemento"atrapara la grasa que había en un vaso de agua: ¡craso error!(expresión ad hoc a este ejemplo). Primero, las condicionesen el estómago y el proceso digestivo están muy lejos deparecerse a un simple vaso de agua. Como se mencionó, elproceso digestivo involucra una serie de ácidos muy fuertespara digerir los alimentos, como lo pueden comprobar quie-nes han tenido agruras o gastritis. Segundo, ya dentro denuestro organismo y en las condiciones que se han venidodescribiendo, es muy difícil que algo de grasa sea "atrapado"por la panacea reductiva.

Hablando seriamente, debido a que nuevas fuentes de fibray extractos de ésta son identificados, definidos y comerciali-zados en todo el mundo, surge la necesidad de la redefiniciónde la fibra dietética, incluyendo "partes comestibles de plantascon carbohidratos análogos que resistan la digestión en el in-testino delgado, con la completa o parcial fermentación en elintestino grueso", además de establecer que tales fibras "pro-mueven efectos fisiológicos benéficos tales como la laxación,

Tabla 1. Componentes de la fibra dietética

Componente Principales grupos Fuentes

Celulosa Plantas con celulosa (vegetales, betabel, remolacha, algunas semillas)

Hemicelulosa

Arabinogalactanos (se pueden encontrar en las zanahorias, el maíz, el trigo, los guisantes, los tomates, el vino tinto y el coco), arabinoxilanos y β-glucanos (presentes en el grano de cebada, con la que se hace la cerveza), entre otros

Polisacáridos y oligosacáridos no almidonáceos

Pectina Frutas, principalmente naranjas (cítricos)

Almidones resistentes y maltodextrinas

Varias plantas como el maíz, chícharo, papa

Sintetizados químicamente

Polidextrosa, lactulosa, derivados de la celulosa

Carbohidratos análogos

Sintetizados por enzimas

Polisacáridos o gomas modificadas

Lignina Lignina Madera

Sustancias asociadas a los polisacáridos no almidonáceos

Ceras, cutina, suberina

Presentes en plantas, son ceras que cubren las hojas o parte de las raíces

Fibras de origen animal Quitina, colágena

La quitina es parte de la cáscara de camarones y algunos insectos. La colágena es parte de los tejidos animales (tendones y otras partes como las orejas)


18

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

disminución del colesterol y glucosa san-guíneos". La demanda por fibra dieté-tica y cereales se ha incrementado en losúltimos 30 años, debido a que muchagente trata de aumentar el número de ali-mentos con fibra, asociándolos con unabuena salud, por lo cual muchos alimen-tos procesados declaran en su etiquetael contenido de fibra (Figura 1).

Varias definiciones de fibra dietéticase manejan actualmente: Fibras Dietéti-cas que son carbohidratos no digeriblesy ligninas, que son parte de las plantas;la Fibra Añadida consiste en carbo-hidratos extraídos de plantas que no sondigeribles y tienen un efecto fisiológicobenéfico en los humanos, y la Fibra Totales la suma de las dos anteriores.

Estos compuestos son conocidoscomo carbohidratos o polisacáridos nodigeribles. Los polisacáridos vienen a sermuchas moléculas de sacáridos unidasquímicamente, formando un compues-to mucho más grande. Un sacárido noes más que un carbohidrato, como elazúcar. Las unidades de estos polisa-cáridos son diferentes dependiendo dela fuente, y sus propiedades cambiande acuerdo a la manera como están quí-micamente unidas. Son estas unioneslas que las hacen no digeribles a loshumanos. De hecho, ciertos polisa-cáridos pueden causar indigestión, yasea en forma de intolerancias, como ala lactosa (el azúcar de la leche), o bienproduciendo gases (a partir de soya, fri-joles, habas).

Los polisacáridos no digeribles se cla-sifican en cinco grandes grupos. Prime-ro, están los polisacáridos y oligosacáridos(que según su etimología son polisacáridospequeños, es decir, de hasta 20 unidades),no almidonáceos (esto es, no son deriva-dos del almidón, extraído primeramentedel maíz, el que usaban las abuelitas paraplanchar o con el que se hace el engrudopara las piñatas). Segundo, tenemos losllamados carbohidratos análogos, queson almidones de otras fuentes, como lapapa, remolacha o betabel, chícharo, et-cétera; además existen otros poli-sacáridos obtenidos de otras fuentes (de

microorganismos o por medios quími-cos). En tercer lugar, está la lignina, quees la sustancia que compone la madera.En el cuarto sitio, están las sustanciasasociadas a los polisacáridos no almi-donáceos, que son fibras de plantas. Ypor último, las fibras de origen animal.Todos ellos están listados en la Tabla 1.

Las implicaciones de la fibra sobre lasalud son varias. Algunas investigacio-nes apuntan a que inhibe el cáncer decolon, reduce la glicemia postprandial(diabetes), ayuda a evitar enfermedadescardiovasculares, mejora la absorciónde calcio evitando la osteoporosis, me-jora la digestión de grasa facilitando elmetabolismo biliar, auxilia en el controlde los desórdenes gastrointestinales.

Las fuentes de fibra están por todaspartes, como podemos apreciar. Losbeneficios son mayores y no implicande ninguna manera un gasto extra, yaque si bien los complementos comercia-les tienen cierto costo, las fuentes natu-rales son baratas y debemos incluirlasen nuestra alimentación. De este modo,es muy recomendable aumentar el consu-mo de fibra en nuestra dieta y, sobre todo,tener la cultura de leer las etiquetas de losproductos que consumimos, no dejarnosllevar por la publicidad y consultar a nues-tro médico de confianza respecto a cómomejorar nuestra dieta. Recordemos que so-mos los que comemos y nos vemos comonos sentimos.

Más información...

Clemens, R. A., 2001. Redefining fiber.Food Technology 55(2): 100.

Gordon D. T., 2002. Intestinal Health through dietaryfiber, prebiotics, and probiotics.

Food Technology 56(4): 23.

Ramos Ramírez, Emma G. y J. A. Salazar Montoya,2000. Tendencias actuales en nutrición: Fibra

dietética. En Mensaje Bioquímica, Departamento deBioquímica, Facultad de Medicina, UNAM, México,pp. 77-87. [La Dra. Ramos se dedica a todo esto de

la fibra en alimentos, es investigadora del

CINVESTAV-IPN, en el Departamento deBiotecnología y Bioingeniería].

Sloan, A. E., 2001. Dietary fiber moves back into themainstream. Food Technology 55(7): 18.

Tungland, B. C. y D. Meyer, 2002. Nondigestible oligo-and polysacarides (dietary fiber): their physiologyand role in human health and food. Comprensive

Reviews in Food Science and Food Safety 1: 73-92.

Yates, A. A. y P. Trumbo, 2001. A new approach tovitamin A activity and dietary fiber. Food Technology

55(7): 106.

19

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


Eltrabajodelpolíticodeempresaysus procedimientos L. A. René Francisco Palma Avendaño

I. El trabajo del Político de Empresaa esencia del Político de Empresa (PE), consiste en conseguir realidades cada vez más

justas y eficaces del trabajo de un grupo de personas enuna organización.

En él recae la responsabilidad de la realidad de la em-presa en su conjunto. Aunque comúnmente su trabajose valora sobre todo por los RESULTADOS obtenidosen un periodo específico, lo que en el fondo le corres-ponde es la gestación, consolidación y actualización per-manente de las bases de eficiencia que producen di-chos resultados.

L


20

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Al actuar directamente en muy diversos elementos de la rea-lidad y conseguir que otros indirectamente lo hagan, pone enmarcha y armoniza acciones y series de éstas denominadasProcesos de Gobierno (PG).

De su buena o mala configuración previa a la acción —esdecir, del acierto o desacierto en el diseño de los procedi-mientos que dan forma a los PG—, así como de su buena omala gestión, depende en alto grado el éxito o fracaso delPolítico de Empresa.

En tal sentido, la empresa puede entenderse como un siste-ma de causas, cuyo diseño corresponde a un conjunto deefectos deseados a partir de hechos percibidos y valoradospor el Político de Empresa y por el grupo de Alta Dirección(incluyendo a los Órganos de Gobierno).

II. La acción en la empresaLa empresa es acción. Su existencia está en función de lo queen ella se realiza. La empresa no es un conjunto de accionesaisladas, sino un continuo de acciones VINCULADASCAUSALMENTE, por medio de intervalos de tiempo con muydiversa magnitud.

Para facilitar su análisis, así como su diseño, desarrollo,medición y control, los procesos de dividen en etapas u ope-raciones, en función de las tareas humanas que los hacenprogresar o de otros criterios que condicionan su operación.

III. Los procedimientos políticosEl Político de Empresa actúa sobre las causas que producenel movimiento de la empresa, que es la acción. Los procedi-mientos que aplica con este fin son de naturaleza política, yaque operan sobre la acción humana para modelarla o confi-

gurarla y así conducirla en todos los aspectos relacionadoscon la empresa (ED, EI y RP):Dichos procedimientos deben cumplir al menos con dos cri-terios indispensables para que sean operativos:A) Incidir puntualmente en el terreno de la acción.B) Tener sentido unitario, de modo que las operaciones re-

sulten armónicas entre sí y orientadas a la globalidad de laempresa.

Por lo tanto, el Político de Empresa debe trabajar siempre conuna doble perspectiva: la analítica, viendo detalladamente cadauno de los componentes endógenos y exógenos de la realidad,y la sintética, viendo la realidad como unidad operante.

Esta doble perspectiva es propia del Sistema de Operaciones(SO) de la empresa, que constituye la arquitectura de la rea-lidad actual y contiene, al mismo tiempo, el proyecto detalla-do en donde anticipa las causas que llevarán al futuro elegido.

Un procedimiento político ordena todos los pasos previsi-bles que transformarán la situación actual, de una o variasoperaciones, en la futura elegida. Si está bien trazado, el pro-cedimiento considerará no sólo el punto de partida y los ob-jetivos de inicio, sino los posibles escenarios que se anticipan.

Lo que diferencia a los procedimientos políticos de cual-quier otro procedimiento es:

· El sentido o finalidad para la que se adoptan,· El modo como se aplican.

En el primer caso, los procedimientos se adoptan para inci-dir en los motivos por los que las operaciones afectadas serealizarán de una manera u otra, y pueden ser aplicados di-recta o indirectamente a su ejecución.


21

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

En el segundo caso, los procedimientos se diseñan considera-do los criterios técnicos que harán eficaz la acción y se apli-can directamente durante la realización de las operaciones.

IV. Requisitos para asegurar la buena marchade un procedimiento político

La realización de un procedimiento político depende de múl-tiples factores, los cuales deben disponerse o anticiparse,de manera que los eventos fortuitos no bloqueen su buenamarcha.

V. Consideraciones finalesEl horizonte conceptual del Político de Empresa, abarca lastres dimensiones de la misma:

Bibliografía...

BOZEMAN, Barry. Todas las Organizaciones son Públicas. Tendiendo un puenteentre las Teorías Corporativas Públicas y Privadas, México, FCE, 1998.

CABRERO Mendoza, Enrique. Del Administrador al Gerente Público, México, INAP,1997.

ETZIONI, Amitai. The Moral Dimension, USA, Free Press, 1998.

HABERMAS, Jurgen. Teoría de la Acción Comunicativa: Complementos y EstudiosPrevios, México, REI, 1984.

MONTAÑO, Luis. La Modernidad organizacional. Una aproximación al estudio delas realidades locales, México, UAM, 1993.

SENGE, Peter. La Quinta Disciplina. El arte y la práctica de la organización abiertaal aprendizaje, México, Granica, 1998.

Las tres dimensiones del político de empresa

El que gobierna la empresa modela su realidad, no la inventa,y lo hace INCIDIENDO EN LA SUCESIÓN DE EVENTOS,en el orden de las cosas que ocurren.

Hacer empresa supone entusiasmar a un grupo de personaspara llevar a cabo uno o varios fines, que serán comunes atodos y que orientarán sus esfuerzos.

Armonizar y dar sentido a los trabajos de un grupo de perso-nas, provocando el interés por unos fines y el compromisopor unos medios, es crear el sustrato, la base que anima a laempresa, que le da forma y contenido.

Interesar, entusiasmar y comprometer a personas libres yautónomas en un determinado proyecto y provocar el avan-ce cotidiano para su realización, es una tarea eminentementepolítica.

Por último, es necesario enfatizar que el Político de Empresadebe servirse de Procedimientos de Gobierno para hacer sutrabajo, sin ellos es imposible gobernar las acciones que segeneran diariamente en la empresa.


22

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Aprovechamientoderesiduoslignocelulósicospara la producciónde enzimas ligninolíticasde elevado potencialbiotecnológico*M. en C. Ma. Aurora Martínez Trujillo**

Acerca del autor...

* El presente trabajo, está dedicado a la memoriadel Ing. Esteban Enrique Martínez Pelayo.

**Profesora e investigadora del Laboratorio de Catálisis Enzimática delTecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec

[email protected]


23

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

G randes cantidades de materia-les celulósicos se desechananualmente en todo el mundo

como desperdicios, creando así problemasde contaminación ambiental. La utilizaciónde dichos materiales como fuente para laproducción de enzimas ligninolíticas, repre-senta una amplia posibilidad biotecnológica.

Materiales Lignocelulósicos

Los materiales lignocelulósicos se clasifican generalmente comodesperdicios o esquilmos agrícolas (pajas, rastrojos, etcéte-ra), residuos agroindustriales (bagazo de caña, pulpa de café,etcétera), residuos forestales y desechos urbanos (pasto, des-perdicio de vegetales de frutas y verduras en mercados, etcé-tera). En la actividad forestal, la producción de biomasadesperdiciada es todavía mucho mayor, representando aproxi-madamente el 75% del total de residuos lignocelulósicos tota-les. Debido a que los procesos de biodegradación natural nofuncionan a la misma velocidad con que se generan dichosdesperdicios, éstos se acumulan, llegando inclusive a conver-tirse en un peligro para el equilibrio ecológico.

Los materiales lignocelulósicos están constituidos esen-cialmente por celulosa (45-60%), hemicelulosa (15-50%) ylignina (10-30%). A la celulosa se le considera inclusive comoel material renovable más abundante en la biósfera. El por-centaje de cada uno de estos polisacáridos varía, dependien-do del tipo de vegetal, del tejido y edad del mismo. El principalobstáculo que limita el aprovechamiento total de la celulosa ylos otros polisacáridos presentes en los residuos ligno-celulósicos, es la asociación íntima que presentan con lalignina. La lignina es un polímero estructural de las plantas,que les confiere rigidez y unión entre sus células. La princi-pal función de la lignina, es proteger a los polisacáridos ve-getales contra el ataque microbiano. Sin embargo, estecompuesto limita la utilización de la celulosa y hemicelulosacomo forraje, ya que su digestibilidad disminuye conformeaumenta el contenido de lignina (Chum & Overend, 2001).

Las Enzimas Ligninolíticas

Debido a la complejidad estructural que presentan los resi-duos lignocelulósicos, es necesario, para su conversión a

productos solubles, la acción de ácidos o enzimas. El proce-so de hidrólisis ácida de la celulosa es muy común, sin em-bargo, existen algunos problemas asociados con el proceso,como la degradación del producto, la interacción del ácidocon los materiales no celulósicos y la corrosión del equipo.Todo lo anterior puede provocar bajos rendimientos, impu-rezas de los jarabes y altos costos capitales. La utilizaciónexitosa de los materiales lignocelulósios como una fuente decarbono renovable, depende del desarrollo de procesos tec-nológicos económicamente factibles, como lo es la hidrólisismicrobiana o enzimática del material lignocelulósico haciaproductos de menor peso molecular, como hexosas opentosas, y la conversión química y/o biológica de dichosproductos de hidrólisis hacia otros productos útiles que pue-den ser utilizados como combustible líquido y materiales ali-menticios. Las celulasas y hemicelulasas, son sistemasenzimáticos producidos por ciertos microorganismos, deentre los que destacan hongos y bacterias, durante la hidrólisisde materiales celulósicos. Debido a que los residuoslignocelulósicos son insolubles, los organismos que los utili-zan deben secretar sus enzimas en forma extracelular, con elfin de facilitar el transporte de los productos solubles de es-tructuras más sencillas del interior de la célula (Gilbert &Hazelwood, 1993).

Las Celulasas y Hemicelulasas

La investigación activa sobre celulasas y otras polisacaridasas,inició a principios de los 50, debido a que se observó el enor-me potencial que este tipo de enzimas tenían para convertir ala lignocelulosa en glucosa y otros azúcares solubles. Sinembargo, diversas investigaciones básicas y aplicadas, reali-zadas durante la década de los 70 y 80, demostraron que labioconversión inducida de lignocelulosa a azúcares solublesera un tanto difícil y poco económica. A principios de los 80


24

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

comenzó la biotecnología de lascelulasas y hemicelulasas, utilizándoseen primera instancia a la alimentaciónanimal, seguida por sus aplicaciones enalimentos (Ladish, et al., 1983; Mon-tes-Horcasitas & Magaña-Plaza, 2002).

Aplicaciones

Las celulasas y hemicelulasas tienen unamplio rango de potenciales aplicacio-nes en la industria de la alimentaciónanimal. Por ejemplo, enzimas como las -glucanasas y las xilanasas han sidousadas exitosamente en la elaboraciónde dietas para animales monogástricos,aplicándolas con el fin de hidrolizaraquellos polisacáridos no almidonados,tales como las -glucanas o las arabi-noxilanas. La presencia de altos nivelesde estos polisacáridos en la dieta de lasaves, deriva en una baja velocidad deconversión del alimento, una ganancialenta de peso y desechos pegajosos oviscosos. La adición de estas enzimasdurante la producción del alimento, pue-de ayudar a degradarlos, mejorandomarcadamente la digestión y la absor-ción de los componentes del mismo, porparte de los animales. Además, se haobservado que con alimentos pretra-tados enzimáticamente, las aves alcan-zan una ganancia de peso considerable.Con lo anterior, se ha visto que el enri-quecimiento de los alimentos para aves

y ganado con hemicelulasas, trae con-sigo algunos beneficios como una me-jor formulación de la dieta, la posibilidadde utilización de materias primas bara-tas o residuos lignocelulósicos, un in-cremento en el valor energético de loscereales, una mayor digestibilidad, cre-cimiento y conversión del alimento, yun menor desperdicio, lo cual disminu-ye de la contaminación ambiental(Bedford & Classen, 1992).

Por otro lado, el forraje con el que sealimenta a los rumiantes, contiene prin-cipalmente celulosa, hemicelulosa,pectina y lignina, y es, por tanto, máscomplejo que el alimento para pollos ycerdos. En este rubro, se han utilizadopreparaciones enzimáticas con altos ni-veles de celulasa, hemicelulasa ypectinasa, para mejorar su calidad nu-tritiva. Sin embargo, los resultados ob-tenidos al respecto son un tantoinconsistentes, sugiriendo que la apli-cación de enzimas para mejorar la di-gestión de la fibra en los rumiantespuede estar ligeramente limitado y noser tan factible (Chesson, 1987).

Existen además, algunos trabajos queproponen el aprovechamiento de losresiduos lignocelulósicos y subpro-ductos agrícolas para la producción deproteína unicelular, utilizada como adi-tivos en alimentos para animales. Otros,sugieren la sacarificación de los resi-duos lignocelulósicos para la produc-

HHHHHoy día, estas enzimas se aplican ampliamente en lafabricación de alimentos, cervezas y vinos,alimentación animal, textiles y lavandería, la industriade la pulpa y el papel, así como en diversos camposde la investigación y el desarrollo.

β

25

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


25

Tec

no

cu

ltu

ra/0

7

ción de etanol, el cual puede ser utiliza-do posteriormente como combustible(De la Torre, 1981; Chandrakant &Bisaria, 1998).

Por lo general, en la mayoría de lospaíses latinoamericanos, incluyendoMéxico, la biomasa obtenida a partir delos residuos lignocelulósicos, es apro-vechada de diversas maneras. Sin em-bargo, la producción nacional de dichosresiduos, abre la posibilidad de utilizar-los en la producción de enzimas que pue-dan tener una importante aplicaciónindustrial.

En lo que respecta al mercadoenzimático, el 60% del suplemento mun-dial de enzimas industriales son produ-cidas en Europa, y el 40% restante enEstados Unidos y Japón. Además,aproximadamente el 75% de estasenzimas industriales son hidrolasas,siendo las carbohidrolasas el segundogrupo más grande. Por otro lado, la in-dustria de la alimentación animal es unsector importante de agronegocios anivel mundial, con una producción anualde más de 600 millones de toneladas dealimento, cuyo valor rebasa los 50 bi-llones de dólares. Del total del alimentoproducido, el mayor porcentaje lo ocu-pan las granjas de aves de corral, loscerdos y los rumiantes (arriba del 90%),mientras que los alimentos para mas-cotas y para granjas acuíferas consu-men el otro 10% (Bhat, 2000).

El progreso en la biotecnología de lascelulasas y la hemicelulasas es en ver-dad importante y está llamando la aten-ción mundial. Hoy día, estas enzimasse aplican ampliamente en la fabricaciónde alimentos, cervezas y vinos, alimen-tación animal, textiles y lavandería, laindustria de la pulpa y el papel, así comoen diversos campos de la investigacióny el desarrollo. Los crecientes avancescientíficos al respecto, han llevado a laespeculación y la anticipación de suenorme potencial comercial en labiotecnología y la investigación. De estaforma, para abastecer la creciente de-manda de celulasas y hemicelulasas ypara destacar su elevado potencial en labiotecnología y la investigación, es ne-cesario una continua e interdisciplinariainvestigación, tanto en aspectos bási-cos como aplicados. Este desarrollo,junto con una mejora en el conocimien-to científico, pueden abrir el caminopara un desarrollo exitoso en la biotec-nología de las celulasas y hemicelulasasdurante el presente siglo.

¿Qué hacemos en el Laboratoriode Catálisis Enzimática

del TESE?

Debido a la importancia comercial quetienen y tendrán las polisacarasas, en elLaboratorio de Catálisis Enzimática delTecnológico de Estudios Superiores de


26

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Referencias...

· Bedford, M. R., Classen, H. L. 1992. The influence ofdietary xylanase on intestinal viscosity and molecular

weight distribution of carbohydrates in rye-fed broilerchicks. In: Visser J, Beldman G, Kusters-van Someren

MA, Voragen AGJ, editors. Xylans and Xylanases,progress in biotechnology, Vol. 7. Amsterdam: Elsevier,

pp. 361-370

· Bhat, M. K. 2000. Cellulases and related enzymes inbiotechnology. Biotechnology Advances, 18: 355-383.

· Chandrakant, P., & Bisaria, V. S. 1998. SimultaneousBioconversion of cellulose and hemicellulose to ethanol.

Critical Reviews in Biotechnology, 18(4): 295-331.

· Chesson, A. 1987. Supplementary enzymes to improvethe utilization of pigs and poultry diets. In: Haresing W.,

Cole DJA, editors. Recent advances in animal nutrition.London: Butterworths, pp. 71-89.

· Chum, H. L. & Overend, R. P. 2001. Biomass andrenuewable fuels. Fuel Processing Technology, 71: 1-3:

187-195.

· De la Torre, M. 1981. "Producción de proteínasalimenticias de origen unicelular en residuos

lignocelulósicos". Tesis de Doctorado. Escuela Nacionalde Ciencias Biológicas. IPN-México.

· Gilbert, H. J. & Hazelwood, G. P. 1993. Bacterial cellulasesand xilanasas. J. Gen. Microbiol. 139, 187-194.

· Ladish, M. R., Lin, K. W., Voloch, M., Tsao, G. T. 1983.Process considerations in the enzymatic hydrolysis of

biomass. Enzyme Microbiol. Technol. 5:82-100.

· Martínez T., M. A.; Castañeda, G. G.; Peralta P. R. 2002."Producción de xilanasas y celulasas a partir de

sustratos lignocelulsicos utilizando Phanerochaetechrysosporium A594. Memorias del III Encuentro

Internacional de Biotecnología UPIBI, realizado en laciudad de Querétaro, del 6 al 9 de noviembre del 2002.

· Martínez, T. M.A.; Trejo, A. B.; Gómez S. C. y Aguilar-O,G. 2004. Efecto de la fuente de carbono en la produccionde pectinasas por Aspergillus sp. FP-500. Memorias del IV

Encuentro Nacional de Biotecnología, UPIBI 2004,celebrado en la ciudad de Tlaxcala, del 10 al 12 de

noviembre del 2004.

· Monroy, M. C.; Peralta, P. R.; Castañeda G.G. y Martínez-Trujillo, M.A. 2003. "Optimización de la producción de

celulasas con Phanerochaete chrysosporium A594".Memorias del Congreso Internacional de Ingeniería

Ambiental, celebrado en la ciudad de Mintatitlán, del 10al 15 de noviembre del 2003.

· Monroy, M. C.; Peralta, P. R.; García R. M. y Martínez-Trujillo, M. A. 2003. "Optimización de la producción de

xilanasas con Phanerochaete chrysosporium A594".Memorias del III Congreso Internacional, XIV Congreso

Nacional y III Exposición de Ingeniería Bioquímica,celebrado en la ciudad de Veracruz, los días 31 de marzo

y 1 y 2 de abril del 2004.

· Montes H., C. y Magaña-Plaza, I. 2002. "Enzimas conaplicación industrial". Avance y perspectiva, Vol. 21, 279-282.

· Orozco, I. M. 2003. "Evaluación de la capacidad deproducción de sistemas enzimáticos complejos porcepas de Aspergillus". Tesis de Licenciatura. UNAM.

Ecatepec, se está probando actualmentela producción de celulasas y xilanasas,utilizando dos hongos filamentosos:Phanerochaete chrysosporium y Asper-gillus niger. La principal característicade estos hongos es su capacidad paracrecer sobre residuos lignocelulósicos,utilizándolos como única fuente de car-bono. A la fecha, se han probado tresresiduos lignocelulósicos: bagazo decaña, cáscara de cacahuate y cascarillade arroz, y a partir de los sustratos queresultaron ser los mejores inductores delas actividades enzimáticas en cada hon-go (Martínez-Trujillo, et al., 2002), seoptimizaron las producciones de dichasenzimas, empleando diferentes herra-mientas estadísticas (Monroy-Martínez,et al., 2003; Monroy-Martínez, et. al.,2004). En últimas fechas, y aprove-chando un convenio de colaboración quetiene el TESE con la UNAM, el campode estudio se amplió y se agregó alcepario una nueva variedad: Aspergillusflavipes. Este hongo fue aislado de fru-tas en descomposición, por lo que haresultado un excelente productor dexilanasas y de pectinasas, que es otrotipo importante de polisacarasas a nivelindustrial (Orozco, 2003). Por lo ante-rior, los esfuerzos se están encaminandoen este momento a estudiar el comporta-miento que tiene dicho hongo al degradardistintos tipos de polisacáridos, centran-do el estudio específicamente en la pro-ducción de pectinasas. A ese respecto, seha avanzado al grado de saber el efectoque tienen diversos mono-, di- y poli-sacáridos cuando son la única fuente decarbono para el hongo (Martínez-Trujillo,et al., 2004). Con esos resultados, el si-guiente paso es conocer el efecto quetienen el pH y el extracto de levadura enla producción de pectinasas, para que, alargo plazo, seamos capaces de predecirel comportamiento metabólico del hongoante ciertas condiciones fisiológicas.

27

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


Nació en la ciudad de México en 1957; sus padres fueron Juan Méndez Hoyos y Eloina Nonell González.

Se recibió en 1979 como ingeniero Químico Metalúrgico, egresado de la Facultad de Química de la UniversidadNacional Autónoma de México. A los 27 años obtuvo el doctorado en Metalurgia, en la Universidad Sheffield,Inglaterra. Impartió cátedra a nivel licenciatura y posgrado en la UNAM, la Universidad Autónoma de Coahuila,la Universidad de Nuevo León y en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) del IPN,dirigiendo 16 tesis a nivel maestría en ciencias y tres de doctorado.

Su campo de investigación fue el tratamiento del metal líquido en los procesos de solidificación. En lo querespecta a su aportación científica, ésta se resume en la producción de más de 70 artículos de investigaciónoriginal, publicados en revistas y memorias de circulación internacional con arbitraje, y más de 30 artículosdifundidos en ediciones científicas. Dictó 30 conferencias científicas en México, Inglaterra, España, EstadosUnidos de América, Canadá, Polonia, Corea, Cuba, Argentina, Brasil, Panamá y Chile; presentó 60 conferen-cias en eventos y congresos científicos nacionales, desarrolló nueve trabajos de consultoría tecnológica paradiversas empresas metalúrgicas, y fue autor de tres patentes, dos de ellas registradas en EUA.

Fue miembro activo de diversas comisiones ad honorem, tales como el Foro Permanente de Ciencia yTecnología; órganos directivos y consejos técnicos del IMIS, INAOE, CIMAV, CICY, COMIMSA, CIDESI,CIATEQ, CICESE; del Consejo Directivo de la ADIAT; del Patronato de la Facultad de Química de la UNAM; delConsejo Nacional de Sistemas de Universidades Tecnológicas; del Comité Nacional de Materiales ante la OEA;del Comité de Comisiones Dictaminadoras de la UNAM; de la Universidad Autónoma de Nuevo León y de losComités Editoriales de las revistas Ciencia y Desarrollo, Moldeo y Fundición, Tecnocultura y Vinculación.

Fue invitado por el CONACYT a participar en el Consejo Consultivo de Metalurgia (1989-1990), en el Comitéde Selección de Becarios de Posgrado (1989-1991), en el Grupo Especial de Estudio sobre el Sistema Nacionalde Investigadores (1989), en el Comité Evaluador de Procesos de Investigación Tecnológica (1989-1990); enel Comité Evaluador de Proyectos de Fortalecimiento al Posgrado Nacional (1990-1991); en el Comité deRecursos Humanos; en la Subcomisión Dictaminadora del Área IV del SIN (1991) y en el Comité de CienciasAplicadas (1994-1997). De igual forma, en el Comité de Revistas Científicas Mexicanas (1997-1998), en eljurado del Premio a la Excelencia del Sistema SEP-CONACYT (1998-1999), en el Comité de Proyectos deInfraestructura del mismo Sistema (1998-1999), y en el Consejo Directivo del Sistema Integrado de Informa-ción Científica Tecnológica, en el año 2000.

Recibió distinciones académicas como la Medalla "Gabino Barreda" al Mérito Universitario de la UNAM(1980); el Premio Nacional al Investigador del Año, otorgado por el Capítulo México de la American Foundryman'sSociety (1989); el Premio a Estudiantes de Posgrado de la Universidad de Sheffield; Mención Honorífica en elConcurso Nacional de Aluminio, y la Medalla al Mérito de Honor Metalúrgico de la Universidad de Cracovia, enPolonia (2001).

Desde 1985 fue miembro del Sistema Nacional de Investigadores, donde actualmente contaba con el Nivel II.En su trayectoria profesional tuvo diversas responsabilidades académico-administrativas en el Centro deInvestigaciones y de Estudios Avanzados, del IPN (CINVESTAV), en donde fue Fundador y Director de la UnidadSaltillo (1985-1995), Secretario Académico (1995-1998) y Secretario de Planeación (1999-2000).

En el CONACYT fue invitado en abril del 2001 a ocupar la Dirección Adjunta de Desarrollo Científico yTecnológico Regional. En julio del 2002 fue nombrado Director Adjunto de Desarrollo Regional y Sectorial, y apartir de julio del 2003, fue Director Adjunto de Ciencia.

InMemoriamDr. Manuel Méndez Nonell


28

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Incrementodelabiodegradacióndehidrocarburos

Introducción

urante la biodegradación de hidrocar-buros, los componentes de una mez-cla no son consumidos con la misma ve-

locidad. En un biorreactor de suelo en suspensión, estoprovoca que se presenten dos fases de biodegradación:una inicial rápida, seguida de una etapa de remociónlenta de los compuestos (Huesemann, 1997). La se-gunda fase es comúnmente atribuida a factores físicoscomo son la difusión en las partículas de suelo o unafuerte sorción en la materia orgánica. Como consecuen-cia, después de la fase inicial, cuando ha ocurrido una degra-dación apreciable, la concentración de hidrocarburos tiendea estabilizarse en un cierto valor que se denomina concen-tración residual. Se debe considerar también que la acumu-lación de compuestos residuales puede deberse al carác-ter recalcitrante, es decir, la resistencia a la degradaciónbiológica, (Gray et al., 2000).

En el caso del diesel, la lenta biodegradación observa-da es consecuencia de la sorción en la fracción mineraly en el humus del suelo (Cookson, 1995), además de lalimitación en la transferencia de masa del suelo hacia lafase acuosa. Por tanto la biodegradación puedeincrementarse mediante un tratamiento químico consurfactantes o solventes. En el caso de los surfactantes,se ha demostrado (Yerushalmi, 2003) que la adición noincrementa la biodegradación de hidrocarburos deldiesel en el suelo. Adicionalmente, se han encontradoresultados contradictorios y diversas dificultades en la

aplicación de surfactantes (Liu et al., 1995).

DDra. Mayola García Rivero*

Acerca de autor...

* Profesora Investigadora del Laboratorio de Catálisis Enzimática del TESE.

por extracción con solventesen un sistema de sueloen suspensión


29

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

29

Tec

no

cu

ltu

ra/0

7

La adición de solventes puede incrementar la desorción de hi-drocarburos del suelo e incluso incrementar la solubilidad en lafase líquida. Por ejemplo, Jiménez y Bartha (1996) emplearondiversos solventes tales como aceite de parafina. Villemur y col.(2000) usaron aceite de silicón para mejorar la biodegradaciónde Hidrocarburos poliaromáticos (HPA) En un trabajo reciente,nosotros empleamos tolueno (García et al., 2003) para mejorarla biodegradación de hidrocarburos intemperizados en un siste-ma de suelo en suspensión. Todos estos estudios demuestran lafactibilidad del uso de solventes para incrementar labiodegradación de hidrocarburos del suelo.

El objetivo del presente trabajo fue incrementar labiodegradación de hidrocarburos residuales por la adición desolventes, que permiten reducir las limitaciones en la trans-ferencia de masa en un sistema de suelo en suspensión. Seempleó al diesel como modelo de estudio debido a que es unamezcla pesada, con alto potencial de sorción en el suelo, yademás contiene HPA potencialmente tóxicos.

Materiales y métodos

Suelo contaminado. El suelo que se utilizó fue contamina-do con diesel fresco para tener una concentración de 40,000mg/kg SS (suelo base seca). Se mantuvo a temperatura am-biente durante 6 meses y se ha conservado en refrigeración.Para simular el consumo de compuestos rápidamenteasimilables, el suelo se mantuvo a 90 C durante 10 días.

Microorganismos. Se utilizó un consorcio microbiano quefue aislado de la rizosfera de una planta nativa (Cyperus LaxusLam), que crecía en un sitio próximo a una refinería delestado de Veracruz. Se ha conservado en medio líquido encultivo batch con medio mineral utilizando diesel como úni-ca fuente de carbono.

Experimentos de biodegradación. Los ensayos debiodegradación se realizaron por duplicado en frascosserológicos de 120 ml, cerrados herméticamente con septosde teflón. Los frascos contenían 30 ml de medio mineral, 9 gde suelo contaminado seco y el solvente indicado. Los sol-ventes utilizados (grado reactivo) fueron: acetona, etanol ybutanol, mismos que se adicionaron en una concentraciónde 8,780 mg de solvente /kg SS. Los frascos fueron incuba-dos a 135 rpm y 30°C durante 30 días. Periódicamente sereemplazó la fase gaseosa de los frascos para evitar la acu-mulación de CO2.

Procedimiento de extracción. La fase líquida de lasmuestras fue eliminada por filtración y el suelo se dejó secara temperatura ambiente. Los hidrocarburos residuales fue-ron extraídos del suelo por reflujo con cloruro de metileno,durante 8 horas.

Métodos analíticos. Los hidrocarburos fueron determi-nados por cromatografía de gases mediante un CromatógrafoVarian 3800, equipado con una columna capilar AT-5 y un

Detector de Ionización de Flama. La concentración del con-taminante fue cuantificada usando diesel mexicano comoestándar.

Resultados y discusión

Hidrocarburos residuales. La concentración de los hidro-carburos residuales durante el tratamiento, se muestra en laFigura 1. Para el control sin solvente, el diesel fue rápida-mente consumido al inicio del ensayo, alcanzando una con-centración de 17,000 mg/kg de suelo, en los 30 días de cultivo.Se sabe que la fracción más ligera del diesel, que correspon-de a casi el 50% de los compuestos, es rápidamente consu-mida, por lo que se puede suponer que los compuestosresiduales son alcanos ramificados y HPA (Nocentini et al.,2000).

Con la adición de solventes no se obtuvo el efecto espera-do, al añadir etanol o acetona la degradación de hidrocarbu-ros fue menor a la obtenida en el control sin solvente, 33%en ambos casos, aunque se presentó el mismo perfil debiodegradación: un consumo rápido en los 15 días iniciales,seguido de un decremento en la velocidad de consumo(Huesmann, 1997). Probablemente, por tratarse de solven-tes más polares que los hidrocarburos, no promovieron latransferencia de masa del suelo hacia la fase líquida. Inclusodichos solventes podrían haber favorecido la sorción de loscompuestos en el suelo. Otro aspecto que debe considerar-se, es que el diesel se compone en un 70% de compuestosalifáticos; en un trabajo previo, se demostró (García, 2003)que algunos solventes no favorecen el consumo de com-puestos alifáticos de un suelo intemperizado altamente con-taminado, lo cual justificaría los resultados obtenidos.

Cuando se adicionó butanol, el perfil de hidrocarburosresiduales fue diferente, en los 10 días iniciales se presentóun mínimo consumo, hasta alcanzar una degradación del 55%

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 10 20 30 40

Time (days)

Die

sel

(mg/

kg o

f soi

l) Figura 1Efecto de los diferentes solventes en la biodegradación de hidrocarburos en unsistema de suelo en suspensión: ( ) control sin solvente, ( ) acetona, ( ) etanol y

( X X X X X ) butanol se adicionaron a una concentración de 8,780 mg/kg de suelo.


30

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

en los 30 días de cultivo. Alexander yAlexander (2002) sugirieron que elbutanol extrae los HPA disponibles deun suelo intemperizado. En este caso nose observó el efecto positivo, ya que laconcentración residual corresponde a lade los compuestos HPA, como se men-cionó anteriormente, y los croma-tógramas obtenidos, véase Figura 2,indican que estos compuestos están pre-sentes en los hidrocarburos residuales.Los resultados sugieren que la adición ini-cial de solventes no tiene efecto sobre elconsumo de los compuestos poliaro-máticos y alifáticos de elevado pesomolecular. Sin embargo, es probable quelos solventes sí tengan un efecto positi-vo si se adicionan cuando se alcanza laconcentración residual. Con el fin de si-mular el consumo de la fracción fácil-mente asimilable, el suelo contaminadose sometió a un tratamiento térmico,manteniéndola a 90°C durante 10 días;el cromatógrama del extracto obtenido,Figura 3, demuestra que efectivamentese removieron los alifáticos de bajo pesomolecular. Como concentración inicialse determinó 24,700 mg/kg SS.

Figura 2Perfil de la cromatografía de gases de los extractos de biodegradación de un suelo contaminado con diesel. (A)

concentración original y al final de la prueba, cuando se adiciono (B) butanol y (C) control sin solvente.

0.0000

1.0000

2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0

Figura 3Perfil de la cromatografía de gases de un extracto de hidrocarburos del suelo sometido a tratamiento térmico.

A

B

C

31

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 10 20 30 40

Time (days)

Die

sel

(mg/

kg o

f so

il)

Bibliografía...

Alexander, R. y Alexander, M. (2000). Bioavailability ofgenotoxic compounds in soil. Environ. Sci. Technol.,

34:1859-1593.

Cookson, J. T. Jr. 1995. Bioremediation Engineering: Designand Application. Mc-Graw Hill, Inc. New York. 524 pp.

García-Rivero, M. (2003). Transferencia de masa ybiodegradación de hidrocarburos de un suelo

intemperizado en un cultivo de suelo en suspensión.Tesis Doctoral. Universidad Autónoma Metropolitana-

Iztapala, México D.F.

Gray, M.; Banerjee, D.; Dudas M. and Pickard M. (2000).Protocols to enhance biodegradation of hydrocarbon

contaminants in soil. Biorem. J., 4:249-257.

Hamed T. A.; Bayraktar, E.; Mehmetoglu, U. andMehmetoglu, T. (2004). The biodegradation of benzene,

toluene and phenol in a two phase system. Biochem.Engin. J. 19:137-146.

Huesmann, M. H. (1997). Incomplete hydrocarbonbiodegradation in contaminated soils: limitation in

bioavailability or inherent recalcitrance?. Biorem. J., 1:27-39.

Jiménez, I. and Bartha, R. (1996). Solvent-augmentedmineralization of pyrene by a Mycobacterium sp. Appl.

Environ. Microbiol. 31:2311-2316.

Liste, H. and Alexander, M. B. (2002). Butanol extractionto predict bioavailability of PAHs in soil. Chemosph.

46:1011-1017.

Liu, Z.; Jacobson, A. and Luthy, R. (1995). Biodegradationof naphthalene in aqueous nonionic surfactant system.

Appl. Environ. Microbiol. 61:145-151.

Nocentini, M.; Pinelli, D. and Fava, F. (2000).Bioremediation of a soil contaminated by hydrocarbon

mixtures: the residual concentration problem.Chemosph. 41:1115-1123.

Villemur, R.; Déziel, E.; Benachenhou, A.; Marcoux, J.;Gauthier, E., Lépine, F.; Beaudet, R. and Comeau, Y. (2000).

Two liquid-phase slurry bioreactors to enhance thedegradation of high-molecular-weight polycyclic aromatic

hydrocarbons in soil. Biotechnol. Prog. 16:966-972.

Yerushalmi, L.; Rocheleau, S.; Cimpoia, R.; Sarrazin, M.;Sunahara, G., Peisajovich, A.; Leclair, G., and Guiot, S.

(2003). Enhanced biodegradation of petroleumhydrocarbons in contaminated soil. Bioremed. J. 7:37-51.

Figura 4Biodegradación de diesel, del suelo sometido a

tratamiento térmico, en sistema de suelo ensuspensión cuando se adicionó ( ) acetona, ( ) etanol,

( X X X X X )butanol y control sin solvente. ( )

Sistema de incubación de los frascos utilizados parala biodegradación

Los resultados de la biodegradación dehidrocarburos del suelo sometido a tra-tamiento térmico, se muestran en la Fi-gura 4. Se observa que en el controlsin solvente hubo un mínimo consu-mo de hidrocarburos, 16% en 30 díasde tratamiento.

La adición de acetona sí promovió el con-sumo de los hidrocarburos residuales altratamiento térmico. Al igual que en lasgráficas descritas anteriormente, no seobserva fase estacionaria y ocurrió unconsumo continuo de hidrocarburos, aun-que la tendencia parece indicar que alcanzóuna concentración residual de aproxima-damente 10,000 mg/kg SS. Los resulta-dos se explican debido a que la acetonatiene una menor polaridad y podría sermás similar a la polaridad de la mezcla dehidrocarburos, es decir, facilita la extrac-ción de los compuestos y su disoluciónen la fase líquida.

Cuando se adicionó etanol o butanol,no se incrementó significativamente elconsumo de hidrocarburos con respectoal control sin solvente; en promedio ladegradación fue de 13.5% en 30 díasde cultivo, siguiendo el perfil descritoanteriormente. Estos resultados tambiénpueden explicarse basándose en la po-laridad de los solventes y la polaridadde la mezcla de hidrocarburos.

Conclusiones

Los resultados obtenidos indican que ladisponibilidad de los hidrocarburosresiduales puede mejorarse mediante laadición de solventes, una vez que se ha

alcanzado la concentración residual enun sistema de suelo en suspensión. Es-tos resultados sugieren también que esposible implementar un tratamiento tér-mico, seguido de una degradación bio-lógica, lo que permitiría acortar lostiempos de tratamiento.


32

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

n biotecnología podemos definir a la "inmoviliza-ción" como un proceso en el que se confinan o

localizan enzimas o microorganismos en una región definidadel espacio, dando lugar a formas insolubles que retienen laactividad catalítica de dichas sustancias.

como materialpara inmovilizar

sistemas biológicosIng. Rafael Pérez Bedolla*

y Dra. Ma. Rosario Peralta-Pérez**


* Profesora-Investigadora del Laboratorio de Catálisis Enzimática del TESE.** Profesor- Investigador del Laboratorio de Catálisis Enzimática y estudiante

de la Maestría en Ciencias en Ingeniería Bioquímica

AvancesenelusodelSol-Gel

E


33

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Algunas de las ventajas de la inmovili-zación son las siguientes:· Permite mejorar significativamente la

estabilidad de la sustancia confinada.Por eso se aplica en la producción in-dustrial de algunos productos quími-cos, farmacéuticos, en alimentos, enel procesamiento de residuos, así comoen el diagnóstico y tratamiento de en-fermedades.

· Se logra conservar la actividad bioló-gica por largo tiempo.

· Las sustancias se pueden reutilizar,por lo que disminuyen los costos delproceso.

Las moléculas inmovilizadas están uni-das a un soporte insoluble en agua, res-tringiendo así su movilidad. Algunos delos soportes utilizados son:· Resinas de intercambio iónico.· Geles activados con bromuro de

cianógeno.· Poliacrilamida.· Acetato de celulosa.· Agar.· Gelatina.· Alginato.· Sílices (precursores del óxido de silicio).

Hace 15 años, aproximadamente,surgió un proceso denominado sol-gel,éste utiliza alcóxidos metálicos comoprecursores para llevar a cabo el pro-ceso que ha ganado importancia cien-tífica y tecnológica durante los últimosaños. Este proceso ofrece un nuevo

acercamiento para la preparación devidrios, cerámicas y actualmente paramateriales con aplicación biológica. Porlo tanto, el sol-gel abre la posibilidadde obtener vidrios homogéneos ycerámicos a bajas temperaturas; la vis-cosidad que se logra cuando se formaun gel, es particularmente convenientepara recubrimientos.

En este sentido, un estudio pionerofue el realizado por Jonson en 1971,quien llevó a cabo el primer encapsuladoenzimático utilizando la tripsina comosistema biológico en una matriz de sili-cio. Posteriormente Mosbach, en 1985,empleó glucosa oxidasa como sistemabiológico y al tetraetoxisilano (TEOS)como precursor para el proceso sol-gel.Pero no fue sino hasta 1990 cuando sedesató un torbellino de estudios con sis-temas enzimáticos; Avnir y su equipopublicaron una serie de trabajos muy im-portantes sobre la generalización del sol-gel, basados en el encapsulamiento deenzimas (fosfatasa, tripsina, aspartasa,glucosa oxidasa, anhidrasa carbónica,quitinasa y monoamino oxidasa) enmatrices de SiO2.

Ellerby y sus colaboradores, repor-taron en 1992 la encapsulación de pro-teínas en geles usando una variación enla metodología sol-gel; asimismo, sereportó la encapsulación de la bacteriaRodopsina (BR) en geles, usando unmétodo similar al sol-gel. Los estudios

espectrofotométricos demostraron quelas BR mantenían sus propiedades sen-sitivas a la luz cuando se inmovilizabandentro del gel y retenían su actividadbiológica por largos periodos.

En cuanto a la inmovilización de cé-lulas en sol-gel, ésta ha sido poco ex-plorada y ya se han reportado usos conresultados positivos. Una nueva tecno-logía de inmovilización es el empleo dela técnica de sol-gel, como soporte parael crecimiento de microorganismos.

La biotecnología actualmente se hadesarrollado de una forma notable y esuna de las disciplinas más importantesde la ciencia. El uso de microorganismospara desarrollar nuevas tecnologías, esun campo que está siendo explotado paradar solución a problemas actuales, peroen algunas ocasiones usa tecnologíascaras, requiere de grandes inversiones ytrae consigo daños al ambiente.

EL PROCESO SOL-GEL

Esta química produce una variedad deredes inorgánicas a partir de precurso-res de alcoxidos metálicos. Los más am-pliamente usados son los alcoxisilanoscomo el tetra-metoxisilano (TMOS) yel tetraetoxisilano (TEOS).

La química sol-gel se basa en reac-ciones inorgánicas de polimerizaciónpara obtener redes inorgánicas; el pro-ceso inicia con la hidroxilación de


34

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

alcóxidos metálicos a través de la hidrólisis de grupos alcoxi,y es como sigue:

Dependiendo de las condiciones experimentales, ocurren doscosas:

1. Olación: La formación de puentes hidroxi mediante laeliminación de moléculas de solvente:

2. Oxolación: La formación de puentes de oxígeno a tra-vés de la eliminación de moléculas de agua o alcohol:

Estas tres reacciones (Hidrólisis, Olación y Oxolación)están involucradas en la transformación de alcóxidos me-tálicos precursores, en redes poliméricas de óxidos metá-licos con porosidad definida.

La ruta sol-gel permite la obtención de una red sólida, yasea inorgánica o híbrida, es decir, orgánica-inorgánica(ORMOSILS), a partir de reactivos en estado líquido queconstituyen el sol de partida. Esta red, obtenida por el seca-do a temperatura ambiente del gel húmedo, se caracterizapor poseer una alta porosidad y superficie específica. Estaalta porosidad constituyó, en un principio, uno de los incon-venientes a superar, cuando en los albores de la tecnologíasol-gel, el objetivo principal estaba encaminado a la obten-ción de vidrios densos. Por el contrario, actualmente la po-rosidad es un valor añadido de los materiales obtenidos através de esta vía, ya que en ella se puede albergar una se-gunda fase, constituyendo un material compuesto.

Los materiales sol-gel presentan un gran potencial comoplataformas para sensores químicos, debido a varias razo-nes. El procesado a temperatura ambiente permite la incor-poración de moléculas o agentes sensibles a la temperatura,

S OH Si OH + Si O Si HOH +

Condensación de Agua

Organismo inmovilizado

35

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


en una matriz porosa sin necesidad demodificaciones químicas. Además, losmateriales sol-gel tienen otras pro-piedades interesantes, como la trans-parencia óptica en el visible y en elinfrarrojo cercano, la estabilidad tér-mica, la baja reactividad química y,lo más importante, se pueden hacermodificaciones en el procesado, quepermitan ajustar sus propiedadesfisicoquímicas de acuerdo con las ne-cesidades de la aplicación.

La transparencia de los geles obteni-dos con la técnica sol-gel, su estabili-dad y su habilidad para atrapar grandesmoléculas de proteínas y pequeñasmoléculas orgánicas e inorgánicas, asícomo su gran superficie, los hacen úni-cos para equipos de diagnóstico defotodetección, así como la preparaciónde catalizadores industriales.

Los trabajos efectuados reportan re-sultados con enzimas y proteínas, peroun sistema poco explorado es la inmo-vilización de hongos; estos juegan unpapel ecológico importante, en particu-lar el basidiomiceto P. chrysosporiumque pertenece al grupo de los llamados"hongos de la pudrición blanca" y po-see una gran capacidad degradativa,gracias que produce enzimas extrace-lulares, lo cual le permite degradarlignina y una gran diversidad de com-puestos tóxicos.

P. chrysosporium actualmente es ob-jeto de estudios, que se pueden comple-mentar con el uso de nuevas tecnologíasy realizar desarrollos tecnológicos, comopor ejemplo la "tecnología sol-gel". Unaposibilidad es el uso del sol-gel para lainmovilización del hongo y obtener unpolímero de sílice que preserve labioactividad y pueda aplicarse a siste-mas como la biorremediación.

¿Qué se hace en el Tecnológicode Estudios Superiores

de Ecatepec?

El área de la biorremediación es objetode estudio por parte de los grupos deinvestigación del TESE.

Actualmente se está concluyendo untrabajo de investigación en el cual se uti-liza el proceso sol-gel para inmovilizaral hongo filamentoso P. chrysosporiumA594 como sistema biológico y eltetrametoxisilano (TMOS) como pre-cursor; éste fue financiado por el Con-sejo del Sistema Nacional de EducaciónTecnológica, con la Clave 1017.03-P.

El basidiomiceto P. chrysosporium esun hongo filamentoso con capacidadpara degradar lignina y una gran diver-sidad de fenilpropanos relacionados acomponentes poliméricos de la made-ra. Estos organismos también degradanun rango verdaderamente sorprendentede compuestos xenobióticos utilizandoenzimas intra y extracelulares. Comoejemplos, el hongo tiene la capacidadde degradar benceno, tolueno, etil-benceno y xilenos (también llamadoscompuestos BTEX); compuestos clo-rados, tales como 2,4,5-tricloroetileno(TCE), y triclorofenoles. Como pode-mos ver, el hongo P. chrysosporiumposee una gran capacidad degradativa.

Una nueva tecnología de inmoviliza-ción es el empleo de la técnica de sol-gel con microorganismos, con lafinalidad de que a futuro se estudie laproducción de sus enzimas en este sis-tema inmovilizado. En la literatura se hatrabajado con encapsulación de enzimasy proteínas, pero no hay trabajos queindiquen la encapsulación o inmoviliza-ción de hongos filamentosos.

Este tipo de tecnología nos permitetener una visión más amplia del futurodel sol-gel en la biotecnología, la inten-ción de este estudio es que con el tiem-po se obtengan resultados que puedanser aplicados a la naturaleza y al sectorproductivo.

Bibliografía...

1. 1. 1. 1. 1. H. H. Weetall; B. Robertson; D. Cullin; J. Brown and M.Walch, "Bacteriorhodopsin immobilized in sol-gel glass",

Biochim. Biophys. Acta, 1142, 1993, pp. 211-213.

2.2.2.2.2. Jyh-Ping Chen, Wei-Shin Lin, "Sol-gel powders andsupported sol-gel polymers for immobilization of lipase

in ester synthesis", Enzyme and Microbial technology 32,2003, pp. 801-811.

3. 3. 3. 3. 3. L. M. Ellerby; C.R. Nishida; F. Nishida; S. A. Yamanaka;B. Dunn; J. S. Valentine and J. I. Zink, "Encapsulation of

proteins in transparent porous silicate glasses preparedby the sol-gel method", Science, 255, 1992, pp. 1113-1115.

4. 4. 4. 4. 4. M. T. Reetz, "Entrapment of Biocatalysts inHydrophobic Sol-Gel Materials for Use in OrganicChemistry", Adv. Mater. 1997, 9, No.12, pp. 943-954.

5. 5. 5. 5. 5. P. Audebert; C. Demaille and C. Sanchez,"Electrochemical probing of the activity of glucose

oxidase embedded sol-gel matrices", Chem, Matter., 5,1993, pp. 911-913.

6.6.6.6.6. Shuguang Wu; Lisa M. Ellerby; J. S. Cohan; BruceDunn; M.A. El-Sayed; J. Selverstone, Valentine and Jeffrey

I. Zink, "Bacteriorhodopsin Encapsulated in TransparentSol-Gel Glass: A New Biomaterial", Chem. Matter., 5, 1993,

pp. 115-120.


36

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

l igual que los vertebrados, los insectos son también suscepti-bles al ataque de diversos agentes patógenos, entre éstos secuenta a diversos organismos infecciosos, tales como virus,

bacterias, hongos, protozoarios, nemátodos, etcétera. El conocer que esteamplio espectro de organismos tienen la posibilidad de causar enfermedady muerte dentro de las poblaciones de insectos, ha permitido plantear es-trategias de control y combate natural (control biológico) sobre diversasespecies, que en algún momento se hayan constituido en plagas dañinas.

Lograr el combate de algún insecto-plaga mediante control biológico, re-quiere propiciar el contacto entre el agente microbiano entomopatógeno yel insecto hospedero, posibilitando así la enfermedad y muerte de esteúltimo. Este contacto suele darse en forma natural en un pequeño porcen-taje de la población de insectos, pudiendo ocurrir un decremento importan-te de individuos cuando ocurre una epidemia. Sin embargo, el control deplagas no puede estar supeditado a que en un momento determinado su-ceda una epidemia natural, por lo que el control efectivo de insectos-plaga,sólo puede lograrse con la liberación masiva y periódica de agentesentomopatógenos obtenidos en cultivos in vitro.

A


11111 Profesor del la División de Posgrado de IngenieríaQuímica e investigador en el Laboratorio de

Biotecnología Ambiental.2 2 2 2 2 Profesor del División Posgrado de IngenieríaBioquímica e investigador en el Laboratorio de

Biotecnología Ambiental.

37

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


entomopatógenosNemátodos

I. Biología y ciclo de vidaM. en C. Juan Suárez Sánchez1

y Dra. Josefina Pérez Vargas2

Manejo integrado y controlbiológico de insectos plaga

Dentro de la teoría del control biológi-co, una adecuada regulación y supre-sión de plagas de insectos, debeinvolucrar el manejo integrado de lasmismas. El Manejo Integrado de Plagas(MIP) implica la aplicación, al mismotiempo, de varios métodos de control,que finalmente establezcan un equilibriopoblacional, a niveles en que no puedanafectar adversamente el entorno quehabitan (Smith y van den Bosch, 1967;Huffaker, 1972; Bottrell, 1979).

Por su parte, el control biológico esuna ciencia que nace como tal a media-dos del siglo XIX, y se define opera-cionalmente como: "la acción de enemigosnaturales que mantienen las poblacionesde insectos que constituyen plagas en ni-veles más bajos de los que serían obser-vados en ausencia de dichos enemigosnaturales" (Ehler, 1990). Entre los ene-migos naturales de éstos, se incluyenvarios géneros de insectos parasitoides,artrópodos depredadores y patógenosmicrobianos (virus, bacterias, hongos,protozoarios y nemátodos).

Los entomólogos dividen el controlbiológico en dos grandes áreas de in-vestigación (Ehler, 1990): 1) "Controlbiológico natural", siendo éste el que seefectúa por enemigos naturales nativos,2) "Control biológico aplicado", en el que

existe la intervención del hombre. Éstepresenta, a su vez, subsecuentes divi-siones, surgiendo así el "control biológi-co clásico" (introducción de especiesexóticas de parasitoides y depredadoresprovenientes del lugar donde es origina-ria la plaga) y "control biológico por au-mento" (liberación masiva y periódica deentomófagos, conocida como inunda-ción, o la liberación de unos pocos indi-viduos que sobrevivirán por varíasgeneraciones, llamada inoculación).

Debido a la gran cantidad de organis-mos que se pueden usar como agentesde control de insectos, la división del con-trol biológico se maneja generalmentecomo: "control macrobiológico", en el quequedarían clasificados parasitoides ydepredadores; y "control microbiológicoo microbiano", contemplando en éste atoda la diversidad de microorganismosentomopatogénicos.

Un tipo de microorganismos clasifi-cados dentro del control microbiológicoque han dado excelentes resultados en lasupresión de plagas de insectos, cuandose les ha utilizado como bioinsecticidas,son los nemátodos entomopatógenos. Sinembargo a pesar de la comprobada efec-tividad entomopatógena de estos orga-nismos, su uso intensivo está restringidopor la dificultad que representa tratar depropagarlos a gran escala, en procesosin vitro. Esto se debe fundamentalmentea su gran complejidad estructural y bio-

lógica. Son precisamente estos aspec-tos los que se exponen en seguida.

Generalidades sobrenemátodos entomopatógenos

Los nemátodos son en general organis-mos translucidos, usualmente de for-ma alargada y más o menos cilíndrica.El cuerpo se encuentra cubierto por unacutícula elástica no-celular. La superfi-cie del cuerpo de los nemátodos presentauna apariencia de estrías transversas o deanillos externos. Estas estructuras no sonsegmentaciones verdaderas sino superfi-ciales dado que se localizan en la cutícula.

Poseen sistemas excretorio, nervio-so, digestivo, reproductivo y muscular;pero carecen de sistemas circulatorio yrespiratorio. El canal alimentario con-siste de una boca localizada ter-minalmente, seguida por el estoma ocavidad bucal, un esófago, intestino yrecto con el ano abierto ventralmente.Los nemátodos son usualmente orga-nismos unisexuados. (Brown, 1977).

Estos organismos incluyen muchas es-pecies de vida parásita y libre. Las formasde vida libre se distribuyen ampliamente enel agua y el suelo. Las especies parásitas loson de plantas, moluscos, anélidos, artró-podos y vertebrados. Como ya se men-ciono resultan de particular interés losnematodos parásitos de insectos (ento-mopatógenos), ya que esta propiedad les


38

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

confiere características bioinsecticidaspara el combate de plagas de insectos.

Los nemátodos más importantes concaracterísticas entomopatógenas se lo-calizan en el orden Rhabditida, dentro deella las familias más importantes debidoal número de géneros entomopatógenosque albergan son Steinernematidae yHeterorhabditidae.

Steinernema y Heterorhabditis (Figura1) son los géneros de nemátodos ento-mopatógenos que debido a sus caracterís-ticas biológicas se han empleado conmucho éxito junto con otros agentes in-secticidas, en el Manejo Integrado de Pla-gas (MIP). Los nemátodos de ambosgéneros a pesar de que son en la naturalezaparásitos obligados, ya que completan suciclo de vida solo en el interior de diversasclases de insectos, han sido cultivadoexitosamente in vitro, potenciando con ellosu empleo como bioinsecticidas, dada lafactibilidad de producirlos a gran escala.En la naturaleza steinernemátidos yheterorhabdítidos invariablemente se en-cuentran ligados a un simbionte de natu-raleza bacteriana (Forst et al., 1997).Dicha bacteria pertenece a la familiaEnterobacteriacea, identificándose losgéneros Xenorhabdus spp. (en el caso desteinernemátidos) y Photorhabdus spp.(en el caso de Heterorhabditidos). Ade-más del mutualismo que en la naturalezales une para sobrevivir, se ha encontradoque los cultivos in vitro —al menos en el

tentes", "resistentes", "infectivas juveni-les", "dauer" ó "IJ".

Las formas juveniles resistentes sonel tercer estadío del nemátodo, estasformas usualmente se encuentranencapsuladas en la cutícula del segun-do estadío. Este fenómeno se observa fre-cuentemente en los rhabditidos a los cualespertenece Steinernema spp. Muchosnemátodos de vida libre producen tambiénjuveniles resistentes (Poinar, 1990).

Específicamente en el caso de lossteinernemátidos, cuando estadios IJ -de resistencia- alcanza el interior delcuerpo de un insecto, se desarrollan rá-pidamente alcanzando pronto el estadioJ4 -preadulto-. La madurez completa deadultos bien diferenciados y uni-sexuados se tiene a las 48-72 hrs. Des-pués de copular las hembras una vezgrávidas, ovipositan, liberando fases ju-veniles en menos de 96 hrs. Estas fasesjuveniles repiten el ciclo de desarrollo yreproductivo si es que encuentran en elmedio alimento suficiente —esta partedel ciclo se presenta en el diagrama conuna línea continua—. Se especula queson "señales" de naturaleza química aso-ciadas precisamente con la cantidad dealimento aún disponible y la densidadpoblacional las que intervienen en la bi-furcación -nodo- que Steinernema pre-senta en su ciclo de vida. Haciendo casoa dichas señales es que Steinernema de-tecta que el medio ambiente ya no es fa-

Figura 1.Imagen de un infectivo juvenil de Steinernema spp.

(nemátodo entomopatógeno ).

caso de Steinernema—, mejoran sus-tancialmente cuando se realizan en unsustrato en donde previamente haya cre-cido su simbionte bacteriano específicoXenorhabdus (Akhurts, 1980).

Ciclo de vida de los nemátodosentomopatógenos del género

Steinernema

La mayoría de los nemátodos tienen ci-clos de vida en los experimentan tresimportantes estados de desarrollo: hue-vo, estadío juvenil (a las formasinmaduras de nemátodos se les deno-mina preferentemente como "formasjuveniles" o simplemente "juveniles",para evitar confusiones con el término"larval" el cual es propio de insectos) yadulto (Chitwood y Chitwood, 1974).La hembra grávida deposita los huevosen el medio ambiente que la rodea, laforma juvenil usualmente experimentauna transformación estando dentro delhuevo y emerge de éste como una for-ma juvenil de segundo estadío. La ma-yoría de las especies de nemátodos setransforman hasta en cuatro ocasionesantes de convertirse en adultos. Estoscambios los puede sufrir la juvenil aúnestando dentro del huevo, libre en elmedio ambiente o dentro del insecto hués-ped. Algunos nemátodos parásitos de in-sectos producen formas resistentes, lascuales se designan como "juveniles resis-

Figura 2.Ciclo de vida de Steinernema spp. Mostrando las vías alternas de desarrollo.

Huevo J1

J2

IJ (Estadios resistentes

de vida libre)

J2d (Estadio de

prerresistencia)

J3

J4 Adulto (unisexuados)

Señales alimenticias

y ambientales

- +

39

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8


vorable y después de eclosionar dirigesu desarrollo a un estadio juvenil deprerresistencia -J2d- para transformar-se finalmente en un organismo de resis-tencia IJ infectiva juvenil —esta parte delciclo se presenta en el diagrama con unalínea discontinua— el cual abandona elcadáver de su hospedero, iniciando unavez más un lapso de vida libre en la cualbusca otro hospedero en el que puedavolver a repetir su ciclo vital (Figura 2).La causa de la transformación en fasesjuveniles de resistencia IJ, es aparente-mente, la alta densidad poblacional denemátodos, relacionándose además conla presencia de una feromona y la bajacantidad de nutrientes disponibles en elcadáver (Popiel et al., 1989)

Interacción nemátodo-bacteria

El ciclo de vida de Steinernema, solo sepuede cumplir debido a la participaciónde su simbionte bacteriano. Distintasespecies de Steinernema se han asocia-do con infecciones naturales de insec-tos y todas ellas forman asociacionesmutualistas con bacterias (Dutki 1959;Thomas y Poinar, 1979). La bacteria,en cuestión se clasifica dentro del gé-nero Xenorhabdus (Poinar y Thomas1965, 1966; Akhurst,1980, 1982, 1986).

Diversas variedades de Steinernemahan sido aislado de diferentes áreas geo-gráficas (Poinar, 1979, 1990). El tercer

estadío del nemátodo IJ es infectivo yde vida libre. Durante su etapa de vidalibre, el nemátodo no come y lleva con-sigo dentro del intestino a su bacteriasimbionte Xenorhabdus spp.

Cuando una infectiva juvenil IJ deSteinernema spp. localiza un insecto hos-pedero, logra la infección penetrando alinterior del mismo por las aberturas natu-rales, como son la boca, el ano o losespiráculos, aunque esta última vía deentrada no parece factible (Poinar yHimsworth, 1967). El nemátodo penetramecánicamente hasta el hemocele y unavez ahí libera a su simbionte Xenorhabdusspp. La bacteria liberada prolifera y causala muerte del insecto por septicemia enun lapso de entre 24 y 48 horas, estable-ciendo condiciones de desarrollo favora-bles para el nemátodo, debido a la lisis delos tejidos del hospedero y la inhibiciónde otros microorganismos por la libera-ción de ciertos antibióticos (Maxwell etal., 1993). Al morir el hospedero, losnemátodos se reproducen pasando porvarias generaciones (Figura 3). Even-tualmente formas infectivas del nemátodollevando en su intestino células deXenorhabdus spp., emergen del cadáverdel insecto. En ensayos de laboratorio, seha observado la salida de IJ del cadáverdel hospedero, 8 a 14 días después de lainfección. Las infectivas juveniles puedenpermanecer vivas por un largo periodode tiempo en el suelo, y bajo condiciones

de laboratorio, algunas pueden vivir in-cluso por 5 años (Suárez 1997).

El nemátodo puede matar a su hospe-dero sin estar presente la bacteriasimbionte, pero es incapaz de reprodu-cirse, mientras que la bacteria no puedeinvadir el hemocele del insecto hospede-ro, sin la ayuda del nemátodo (Han &Ehlers, 2000). Xenorhabdus spp. presen-ta dos fases (Akhusrt y Boemare, 1986),designadas como: fase I (forma prima-ria) y fase II (forma secundaria). La faseprimaria es aislada de nemátodos infectivoy tiende a ser inestable, pasando rápida-mente a la fase II. La fase secundaria esaislada de cadáveres viejos de insectos ode cultivos de nemátodos in vitro. Lasdiferencias entre las dos fases de la bac-teria pueden ser detectadas por pruebasbioquímicas y por la producción demetabolitos, además de la facultad de so-portar la reproducción eficiente denemátodos in vitro que se logra cuandoesta presente la fase primaria ( Woodringy Kaya 1988, Akhurst y Boemare 1990).

Especificidad por el hospedero

La especificidad por el hospedero en losnemátodos entomopatógenos tiene di-versos rangos. Existen nemátodos quese asocian con sólo una especie de in-sectos, otros en cambio tienen un ran-go de hospederos bastante amplio. Enbase a su especificidad se clasifican en

Figura 3.Ciclo de vida de los nemátodos entomopatógenos del género Steinernema spp en la que se ilustra la

participación de su simbionte bacteriano Xenorhabdus spp.

Entrada vía ano, boca Espiráculos o cutícula

Liberación de la de la bacteria (Fase I)

Fase I Fase II

Toxinas, enzimas

Muerte del hospedero

Reproducción ineficiente del nemátodo

Muerte del hospedero

Reproducción eficiente

Juveniles colonizados por Fase I de la bacteria

Fases infectivas abandonan el cadáver del hospedero

Los nemátodos localizan un hospedero (insecto)

Nemátodos sin bacteria simbionte dejan el cadáver

Los nemátodos localizan un hospedero (insecto)

Proceso de infección ineficiente


40

Tec

no

cu

ltu

ra/0

8

Referencias bibliográficas...

Akhurst, R, J., Morphological and functionaldimorphism in Xenorhabdus spp. bacteria symbiotically

associed with the insect pathogenic nematodesNeoplectana and Heterorhabditis, J. Gen. Microbiol.,

121, 303, 1980.

Akhurst, R, J., Antibiotic activity of Xenorhabdus spp.,bacteria symbiotically associated whit insect pathogenic

nematodes of the families Heterorhabditidae andSteinernematidae, J. Gen. Microbiol. 128, 3061, 1982.

Akhurst, R. J., Xenorhabdus nematophilus subsp.beddingii (Enterobacteriaceae): a new subspecies of

bacteria mutualistically associated withentomopathogenic nematodes, Int. J. Syst. Bacteriol.,

36, 454, 1986.

Akhurst, R. J., and Boemare, M. E., A non-luminescentstrain of Xenorhabdus luminescens, J. Gen. Microbiol.,

132: 1917, 1986.

Akhurst, R. J., and Boemare, M. E., Biology andtaxonomy of Xenorhabdus. In: Entomopathogenic

nematodes in biological control ( R. Gaugler and H.K.Kaya, ed.), CRC Press, Boca Raton, Florida, pp. 75, 1990.

Bottrell, D. G., Integrated Pest Management. Rpt. ForCouncil Environ. Quiality. U. S. Government Printing

Office No. 041-011-00049-1, Washintong, DC,1979.

Brown, H, W., Parasitología clínica, cuarta edición.Interamericana, México, D.F. 320 pp. 1977.

Chitwood, B. G., and Chitwood, M. B., Introduction tonematology. University Park Press, Baltimore, Maryland.

334 pp.1974.

Dutky, S. R., Insect microbiology, Adv. Appl. Microbiol., 1,175, 1959.

Ehler L. E., Some contemporary issues in biologicalcontrol of insects and their relevance to the use of

entomopathogenic nematodes. In: Entomopathogenicnematodes in biological control (R. Gaugler and H.K.Kaya, ed.), CRC Press, Boca Raton, Florida, 1-18,.1990.

Forst , S., Dowds, B., Boemare, N., and Stackebrandt, E.,Xenorhabdus and Photorhabdus spp: bugs that kill

bugs. Ann. Rev. Microbiol. 51: 47, 1997.

Han, R., and Ehlers R., Pathogenicity, development andreproduction of Heterorhabditis bacteriophora and

Steinernema carpocapsae under axenic in vivoconditions, J. Invertebr. Pathol., 75: 55, 2000.

Huffaker, C. B., Ecological management of pest system.In J. A. Behnke, ed. Challenging Biological Problems:Directions Toward Their Solution. Oxford University

tres grupos: monógenos (altamente es-pecíficos), oligógenos (moderadamenteespecíficos o con un rango de hospederosrestringido) y polígenos (poco específicoso con un gran rango de hospederos).

Los nemátodos que son parásitosobligados de insectos, en general sonmonógenos u oligógenos. Por ejemplo,el mermithido Perutilimermis culicis(Aganomermis culicis) parasita espe-cíficamente a Aedes sollicitans; mien-tras que el tetradonematido Tetradonemaplicans ha sido encontrado solamenteen algunos tipos de moscas (sciaridos).Como ejemplo de especies oligógenas,tenemos al mermithido Mermis nigrences,el cual infecta varias especies dechapulines, el allantonemátido Hetero-tylenchus autumnalis, que ha sido identi-ficado sólo en pocas especies de moscas(muscidos), y el mermithido, Roma-nomermis cucilivorax, que infecta en lanaturaleza a 17 especies de mosquitos yen condiciones controladas de laborato-rio se ha logrado que infecte a 40 espe-cies diferentes. El parásito facultativo,Deladenus spp es oligogénico e infectapolillas (siricidos), a un escarabajo aso-ciado a las polillas, y a varias especies delgénero Rhyssa, los cuales son hime-nópteros parasitoides de polillas. En con-traste algunos steinernematidos yheterorhabditidos, parásitos obligados enla naturaleza, son poligénicos. Por ejem-plo Steinernema carpocapsae infecta amás de 250 especies de insectos de di-ferentes ordenes bajo condiciones delaboratorio. Heterorhabditis bac-teriophora es otro nemátodo ento-mopatógeno que se encuentra en unamplio rango de hospederos. Unsteinernemátido que tiene un rango res-tringido de hospederos es Steinernemakushidae (Stoffolano 1973).

Finalmente es muy importante men-cionar, que debido las característicasbiológicas y de comportamiento que po-seen los nemátodos entomopatógenosjustifican ampliamente el motivo de serconsiderados como agentes potencia-les de control biológico. De entre estascaracterísticas destacan las siguientes:

I) Pueden tener capacidad de infecciónsobre varias clases de insectos.

II) Llevan a cabo un búsqueda activade sus hospederos.

III) Pueden persistir durante largosperiodos de tiempo en el suelo (sureservorio natural).

IV) Son totalmente innocuos para todotipo organismos de vertebrados yplantas.

Press, New York, 313-342, 1972.

Maxwell, P. W., Chen, G., Webster, J. M., and Dunphy, G.B., Stability and activities of antibiotics produced

during infection of the insect Galleria mellonella by twoisolates of Xenorhabdus nematophilus, Appl. Environ.

Microbiol., 60: 715, 1993.

Poinar, G.O., Jr., Nematodes for biological control ofinsects, CRC Press, Boca Raton, Florida, 1979.

Poinar, G O., Jr., Taxonomy and biology deSteinernematidae and Heterorhabditidae. In:

Entomopathogenic nematodes in biological control ( R.Gaugler and H.K. Kaya, ed.), CRC Press, Boca Raton,

Florida, 23-61,.1990.

Poinar O.G., Jr., and Himsworth, P. T., Neoplectanaparasitism of larvae of the greater wax moth, Galleria

mellonella, J. Parasitol., 9, 241, 1967.

Poinar, O. G. Jr., and Thomas, G. M., A new bacterium,Acromobacter nematophilus sp. nov. (Achrobacteriacea:

Eubacteriales) associated with a nematode, Int. Bull.Bacteriol. Nomen. Taxon., 15, 249, 1965.

Poinar, G. O., Jr., and Thomas, G. M., Significanse ofAchromobacter nematophilus, Poinar and Thomas

(Achromobacteriaceae: Eubacteriales) in thedevelopment of the nematode, DD-136 (Neoplectana

spp. Steinernematidae), Parasitology, 56, 385, 1966.

Popiel, I., Grove, D. L., and Friedman, M. J., Infectivejuvenile formation in the insect parasitic nematode

Steinernema feltiae, Parasitology, 99, 77, 1989.

Smith, R. F., and van den Bosch R., Integrated control.In: W. W. Kilgore and R. L. Doutt, eds. Pest Control-

Biological, Physical, ahd Selected Chemical Methods.Academic Press, New York, 295-350, 1967.

Stoffolano, J. G., Jr., Host specificity of entomophilicnematodes - a review. Exp. Parasitol. 33, 263, 1973.

Thomas, G. M., and Poinar, G. O., Jr., Xenorhabdus gen.nov., a genus of entomophatogenic, nematophilic

bacteria of the family Enterobacteriaceae, Int. J. Syst.Bacteriol., 29, 352, 1979.

Suárez, J. S., Caracterización cinética de un cultivomonoxénico en medio sumergido para la propagación

masiva del nemátodo entomopatógeno Steinernemafeltiae (Rhabditida: Steinernematidae), Tecnológico de

Estudios Superiores de Ecatepec, Tesis Profesional, 1997.

Woodring, J. L., and Kaya, H. K., Steinernematid andHeterorhabditid Nematodes: A Hanbook of Biology andTechniques, South. Coop. Ser. Bull. 331, Arkansas Agric.

Exp. Stat., 1988.

Documents

editorial - difusion.tese.edu.mxdifusion.tese.edu.mx/documentos2004/4631_NQBRJGO.pdf · que su efecto sobre las propiedades del polímero sean marginales, por lo tanto, es ineludible