Ciencias Exactas y Ciencias de la Salud
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11285/551014
Pertenecen a esta colección Tesis y Trabajos de grado de los Doctorados correspondientes a las Escuelas de Ingeniería y Ciencias así como a Medicina y Ciencias de la Salud.
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- Production of secondary metabolites in environmental Pseudomonas aeruginosa by genetic engineering tools(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2025-07-24) Salazar García, Luis Mauricio; Licona Cassani, Cuauhtémoc; emipsanchez; Ponce Noyola, Patricia; Soberón Chávez, Gloria; Orellana Montecino, Camila; Torres Acosta, Mario A.; Villalobos Escobedo, José Manuel; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus MonterreyLa Biotecnología, a manera personal, consiste en la aplicación de microorganismos como un medio para la obtención de productos útiles y con ello satisfacer una necesidad. Para tal fin se necesitan herramientas eficaces para favorecer a que estos organismos nos apoyen a resolver esas necesidades. Este trabajo se enfoca al establecimiento de una técnica de edición genética que apoye al desarrollo y estudio de microorganismos. Dentro de los microorganismos con mayor versatilidad se encuentran las bacterias, en donde aquí se usaron como modelo de estudio dos cepas de Pseudomonas. Dentro de la colección del laboratorio contamos con una cepa aislada en el Golfo de México en un derrame petrolero. Esta cepa se identificó y se denominó como P. aeruginosa IGLPR01. Debido a su contexto ambiental, este microorganismo tiene la capacidad de usar hidrocarburos como fuente de carbono, por lo que se visualizó como un candidato de interés para realizar pruebas y estudios de biorremediación. Además de estudiar y caracterizar esta cepa, se propuso el reto de hacer edición genética para aumentar aún más esas capacidades que la hicieron crecer en condiciones extremas. Esto, como se detallará más adelante, representó un fuerte reto ya que los microorganismos ambientales no son tan dóciles como lo representan los microorganismos modelo que encontramos a diario en los laboratorios de investigación. En esta primera parte, se enfocó en poder montar una técnica de edición efectiva que permitió la generación de una mutante en el gen rpoS para la producción de Piocianina. Este compuesto es naturalmente producido por P. aeruginosa IGLPR01, y la mutante lo sobre produce dando un fenotipo de coloración verdosa en el medio de cultivo. Junto con esto, observamos y cuantificamos la producción de otros metabolitos importantes como son los ramnolípidos; además de aplicar el sobrenadante a pruebas de emulsificación sobre gasolina como simulación rápida de un proceso de biorremediación. Una vez teniendo esta técnica de edición decidimos aplicarla para aportar al estudio del género Pseudomonas. Este género es de especial interés ya que la Organización de las Naciones Unidad ubica a Pseudomonas aeruginosa como un microorganismo que representa una amenaza a la salud pública por su resistencia a los antibióticos y ser causa de infecciones nosocomiales. Debido a que el gen rpoS es un factor de respuesta a estrés, y ya que teníamos la estrategia de edición exitosa dirigida hacia este gen, decidimos probar si funcionaría en una cepa patógena de humano. Seleccionamos la cepa P. aeruginosa PA14, una cepa modelo para el estudio de procesos infecciosos en humanos. Una vez obtenida la mutante, decidimos realizar análisis de transcriptómica y metabolómica para evaluar el mecanismo de respuesta a estrés que está relacionado con el gen rpoS. Así, en la presente tesis, se presenta como se logró establecer una técnica de edición en una cepa de P. aeruginosa ambiental, junto con la detección y cuantificación de metabolitos de interés; además de la aplicación de la metodología a la cepa patógena P. aeruginosa PA14 para contribuir en la descripción de los mecanismos de respuesta a estrés. Finalmente, esperamos que este trabajo sirva como base para motivar a la edición genética de microorganismos ambientales, ya que muchos de los problemas actuales podrían resolverse al observar a la naturaleza como fuente inspiradora de soluciones.
- Tyrosine-feeding in the cell suspensions cultures of Randia echinocarpa to increase the production of bioactive phenolic compounds(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2024-11-26) Aguilar Camacho, Miguel; Gutiérrez Uribe, Janet Alejandra; emipsanchez; Gómez Sánchez, Carlos Eduardo; Guajardo Flores, Daniel; Cruz Mendívil, Abraham; Luna Vital, Diego Armando; Puente Garza, César Armando; School of Engineering and Sciences; Campus MonterreyThe fruit of Randia echinocarpa, an endemic plant to Northwest Mexico, is commonly used in the Mexican traditional medicine to treat different diseases and ailments. Different biological activities such as antioxidant, antimutagenic, immunomodulatory, and antidiabetic had been previously demonstrated. However, wild populations of R. echinocarpa have diminished due to high deforestation rates for agriculture expansion. In this regard, in vitro plant tissue culture (PTC), especially cell suspension cultures (CSC), could be an attractive and viable alternative for the sustainable conservation and production of bioactive compounds from this plant. However, some limitations, mainly related with low yields of metabolite production and prolonged fermentation times, result in difficult and expensive experimental procedures. Thus, the application of suitable kinetic models is necessary for optimal process control and simulation of plant cell cultures to assure the economic feasibility of these processes. The addition of precursors, like tyrosine (Tyr), is an effective strategy to increase the biomass and specialized metabolite production in plant cell suspensions. These approaches could be efficient to produce natural molecules with important biological effects. The identification of these compounds can be addressed by metabolomic analyses which will allow to understand the metabolic pathways involved in their synthesis. For all mentioned above, the objective of this work was to evaluate the effect of exogenous application of Tyr (0, 50, 100, and 200 mg/L) on the metabolic profile of R. echinocarpa suspension cells, as well as the inhibitory activity of the cell extracts on the enzymatic activity of α-amylase and α-glucosidase. For this, the growth kinetics of the CSC of R. echinocarpa was first estimated using a Logarithmic growth model. CSC of R. echinocarpa reached a dry cell biomass concentration of 15.16 g/L at day 20 of culture. The maximum specific growth rate (𝜇𝑚𝑎𝑥) was 0.15 d-1, with a duplication time (𝑡𝑑) of 4.62 d. The Logistic model adequately predicted the cell growth changes during the culture and the maximum dry cell content that the culture medium could sustain (≈ 13.63 g/L). Ten phenolic compounds were identified in the biomass and four in the supernatants. The major phenolic compound in the biomass was chlorogenic acid (CA), with a concentration of 828.6 μg/g at day 20. In the lyophilized supernatant, the major phenolic compound was salicylic acid (SA) with a concentration of 172.7 μg/g at day 30. The production of CA was a growth-dependent process in contrast to the concentration of SA in the media. Once the kinetic parameters of the CSC were determined, and a preliminary identification of phenolic compounds was obtained, the analysis on the metabolomic profile due to Tyr treatments and the enzyme inhibitory activities of the cell extracts was assessed. Methanolic extracts (1 mg/mL) of R. echinocarpa cell suspensions inhibited the activity of α-amylase similarly to acarbose at 50 μM. Nevertheless, no inhibition of α-glucosidase by the extracts was observed. Further purification of the methanolic extracts is required to prevent antagonist effects of the compounds. Four specific chemical profiles were determined by Hierarchical Cluster and Principal Components Analysis. Galactose metabolism and starch/sucrose metabolism were among the main modulated metabolic pathways. Molecular docking showed that compounds from Tyr_100 and 200 treatments had an estimated free binding energy of -2.4 to -5.6 kcal/mol and can interact with key amino acids involved with the catalytic activity of α-amylase. The results herein obtained demonstrated that CSC of R. echinocarpa were able to produce and accumulate compounds with biological effects. Moreover, the addition of Tyr to the cell suspensions of R. echinocarpa can be used to produce α-amylase inhibitory extracts. The implementation of kinetic models would also allow the scale-up and prediction of the growth of R. echinocarpa cell cultures, parameters necessary for the control of the production process of bioactive compounds.