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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE OCCIDENTE Departamento de Procesos Tecnológicos e Industriales Sustentabilidad y tecnología PROYECTO DE APLICACIÓN PROFESIONAL (PAP) Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II 4G03 Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica en CIATEJ, unidad Zapopan PRESENTAN Programas educativos y Estudiantes Ing. en Biotecnología, Tania Janeth Herrera Vergara Profesor PAP: Dra. Lorena Amaya Delgado Tlaquepaque, Jalisco, diciembre de 2023 1 ÍNDICE Contenido REPORTE PAP ...................................................................................................................... 2 Presentación Institucional de los Proyectos de Aplicación Profesional ............................. 2 Resumen ............................................................................................................................. 4 1. Ciclo participativo del Proyecto de Aplicación Profesional ........................................ 4 1.1 Entendimiento del ámbito y del contexto ..................................................................... 5 1.2 Caracterización de la organización ............................................................................. 10 1.3 Identificación de la(s) problemática(s) ....................................................................... 11 1.4. Planeación de alternativa(s) ....................................................................................... 12 1.5. Desarrollo de la propuesta de mejora ........................................................................ 15 1.6. Valoración de productos, resultados e impactos ....................................................... 27 1.7. Bibliografía y otros recursos ..................................................................................... 29 1.8. Anexos generales ....................................................................................................... 31 2. Productos ...................................................................................................................... 34 3. Reflexión crítica y ética de la experiencia .................................................................... 35 3.1 Sensibilización ante las realidades ............................................................................. 35 3.2 Aprendizajes logrados ................................................................................................ 37 2 REPORTE PAP Presentación Institucional de los Proyectos de Aplicación Profesional Los Proyectos de Aplicación Profesional (PAP) son experiencias socio-profesionales de los alumnos que desde el currículo de su formación universitaria- enfrentan retos, resuelven problemas o innovan una necesidad sociotécnica del entorno, en vinculación (colaboración) (co-participación) con grupos, instituciones, organizaciones o comunidades, en escenarios reales donde comparten saberes. El PAP, como espacio curricular de formación vinculada, ha logrado integrar el Servicio Social (acorde con las Orientaciones Fundamentales del ITESO), los requisitos de dar cuenta de los saberes y del saber aplicar los mismos al culminar la formación profesional (Opción Terminal), mediante la realización de proyectos profesionales de cara a las necesidades y retos del entorno (Aplicación Profesional). El PAP es un proceso acotado en el tiempo en que los estudiantes, los beneficiarios externos y los profesores se asocian colaborativamente y en red, en un proyecto, e incursionan en un mundo social, como actores que enfrentan verdaderos problemas y desafíos traducibles en demandas pertinentes y socialmente relevantes. Frente a éstas transfieren experiencia de sus saberes profesionales y demuestran que saben hacer, innovar, co-crear o transformar en distintos campos sociales. El PAP trata de sembrar en los estudiantes una disposición permanente de encargarse de la realidad con una actitud comprometida y ética frente a las disimetrías sociales. En otras palabras, se trata del reto de “saber y aprender a transformar”. El Reporte PAP consta de tres componentes: El primer componente refiere al ciclo participativo del PAP, en donde se documentan las diferentes fases del proyecto y las actividades que tuvieron lugar durante el desarrollo de este y la valoración de las incidencias en el entorno. 3 El segundo componente presenta los productos elaborados de acuerdo con su tipología. El tercer componente es la reflexión crítica y ética de la experiencia, el reconocimiento de las competencias y los aprendizajes profesionales que el estudiante desarrolló en el transcurso de su labor. 4 Resumen El PAP “Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica”, se llevó a cabo en la unidad Zapopan de CIATEJ, durante el periodo otoño 2023 con la dirección de la Dra. Lorena Amaya Delgado. Se planteó como objetivo general aislar, identificar y evaluar microorganismos de una composta con origen agroindustrial para posteriormente evaluar su potencial biotecnológico en el mejoramiento de suelos, control biológico, biorremediación o producción de enzimas de interés. Para alcanzar el presente objetivo fue necesario plantear los siguientes objetivos particulares: 1) determinar la composición microbiana presente en la composta de bagazo de agave y vinazas de tequila, 2) determinar, con base en fuentes bibliográficas, posibles aplicaciones biotecnológicas de los microorganismos identificados, y finalmente, 3) evaluar el crecimiento de microorganismos aislados en vinazas tequileras para su potencial uso como mejoradores de suelo. El presente PAP abordó la problemática del desperdicio de los residuos agroindustriales, a través de la identificación e inoculación de bacterias que pueden proliferar en este tipo de medios, utilizando así medios sustentables para la obtención de un producto. De los microorganismos identificados se trabajó con Microbacterium paludícola, y se realizó un cultivo en vinazas con las siguientes variables: vinaza ácida no estéril, vinaza ácida estéril, vinaza con pH neutro sin esterilizar y, por último, vinaza con pH neutro esterilizada. No se pudo comprobar el crecimiento de M. paludícola en las vinazas, pero sí el de otras bacterias como Acetobacter pasteurianus, principalmente en vinazas no esterilizadas. 1. Ciclo participativo del Proyecto de Aplicación Profesional El PAP es una experiencia de aprendizaje y de contribución social integrada por estudiantes, profesores, actores sociales y responsables de las organizaciones, que de manera colaborativa construir sus conocimientos para dar respuestas a problemáticas de un contexto específico y en un tiempo delimitado. Por tanto, la experiencia PAP supone un proceso en lógica de proyecto, así como de un estilo de trabajo participativo y recíproco entre los involucrados. 5 El presente PAP se realiza en colaboración con el Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A. C. (CIATEJ). Este centro es una institución enfocada en actividades de investigación, desarrollo tecnológico e innovación de soluciones tecnológicas y desarrollo de capital humano que aportan a la competitividad de distintas áreas entre las cuales destaca la agricultura, la industria alimentaria, la salud animal y humana, el medio ambiente y la energía sustentable [1]. El proyecto se desarrolla en la subsede CIATEJ Zapopan, en el área de Biotecnología Industrial cuyo enfoque es generar conocimiento a través de solucionesbiotecnológicas para el desarrollo sustentable de bioprocesos [2]. El proyecto cuenta con un enfoque experimental, teniendo como objetivo general aislar, identificar y caracterizar microorganismos de una composta con origen agroindustrial para posteriormente evaluar su potencial biotecnológico en el mejoramiento de suelos, control biológico, biorremediación o producción de enzimas de interés. Para alcanzar el propósito establecido, se plantean los siguientes objetivos particulares: • Aislar e identificar los microorganismos presente en la composta de bagazo de agave y vinazas de tequila. • Determinar, con base en fuentes bibliográficas, las posibles aplicaciones biotecnológicas de los microorganismos identificados. • Evaluar el crecimiento de los microorganismos aislados en vinazas tequileras para su potencial uso como mejoradores de suelo. 1.1 Entendimiento del ámbito y del contexto La biotecnología es una ciencia que permite la bioconversión de residuos agroindustriales en bienes de interés económico, ambiental y social mediante distintos procesos, ya sean de extracción directa, química o microbiológica. A pesar de ello, actualmente existen problemas que impiden que la biotecnlogía cumpla su papel en el aprovechamiento de algunos residuos agroindustriales, además de problemas económicos para el acceso a distintos materiales necesarios para los procesos. Como resultado, la biotecnología moderna ha optado por buscar y emplear materias primas de fácil acceso y de bajo costo que puedan ser utilizadas como 6 sustratos para procesos como fermentaciones. A través de bioprocesos agroindustriales, como aquellos empleados en la industria del vino y la del tequila, se generan subproductos también llamados residuos. Dichos subproductos podrían ser explotados como sustrato para la producción de metabolitos de importancia e interés comercial, como los mejoradores de suelo, controladores biológicos o aquellos aplicables a la biorremediación [3]. Producción de tequila En México se ha presentado un aumento de la producción y uso del tequila. Año con año la producción de tequila ha tenido un incremento constante, sin embargo, como se muestra en la figura 1, desde 2020, año donde más impacto tuvo la pandemia de COVID-19, la producción de tequila presentó un comportamiento aún más exponencial [4]. De acuerdo a estadísticas realizadas por el Consejo Regulador del Tequila (CRT), durante el periodo de enero a junio de 2022, en México la producción de tequila se resume en 315.1 millones de litros [5]. Debido a esto el destilado ha tenido un impacto considerable en el crecimiento agrícola e industrial del país, particularmente en el estado de Jalisco. El bagazo de agave y las vinazas de tequila son los principales dos subproductos de la producción de tequila, y tienen cierto nivel de contaminación, así como de alteraración al ambiente debido a sus características como su bajo pH de 3.4 [6] [7]. Figura 1. Producción de tequila y tequila 100% desde 2016 hasta 2022 [4] Bagazo de agave 7 Se denomina bagazo de agave al residuo fibroso generado después de cortar las piñas de agave en trozos, hervirlas, limpiarlas y prensarlas para producir el azúcar fermentable para la elaboración del tequila [8]. Para generar un litro de tequila es necesario utilizar entre siete y ocho kilogramos de agave, de los cuáles, cinco kilogramos se convierten en bagazo [9]. México produjo 240,000 toneladas de bagazo de agave en 2014 como consecuencia de la producción de tequila [10]. Vinazas tequileras A través del proceso de la elaboración del tequila, la industria produce efluentes denominados vinazas tequileras. Estas son subproductos líquidos de la destilación del mosto de agave. La dimensión de este problema es que por cada litro de tequila producido se generan entre diez y doce litros de vinazas. Las vinazas tienen pH relativamente bajo, de alrededor de 3.4 y 4.5, contienen grandes cantidades de fosfato y una alta concentración de demanda bioquímica de oxígeno (DBO por sus siglas en inglés). Alrededor del 80% de estos residuos son liberados sin tratamiento adecuado en los sistemas municipales de aguas residulaes, lagos, ríos y tierra. En la primera mitad de 2022 la producción de tequila en México fue de 315.1 millones de litros [5] y, como consecuencia, de generaron aproximadamente 3708 millones de litros de vinazas de tequila que, en caso de no tratarse correctamente, causarían contaminación por DBO equivalente a la generación de DBO por 8.4 millones de personas. Sin embargo, estas vinazas suelen tener un alto nivel de materia orgánica, lo que las hace adecuadas para su uso como fertilizante del suelo [11] [7]. Medios de cultivo microbiano En 1860 Louis Pasteur fue la primera persona que logró crecer una bacteria de una manera reproducible en el primer medio de cultivo artificial. Los medios de cultivo son materiales que pueden ser sólidos (gel) o líquidos y suninistran nutrientes vitales junto otros factores de crecimiento necesarios para la proliferación de microorganismos bajo condiciones de laboratorio. Las bacterias requieren de ciertos componentes para poder crecer, entre los cuales se encuentran el agua, una fuente de carbono, una fuente de nitrógeno y algunas sales minerales [12]. 8 Agua en medios de cultivo El agua en los medios de cultivo es el encargado de solubilizar nutrientes y transportarlos para asegurar las reacciones hidrolíticas. Si hay demasiada evaporación al momento de incubar el agar, se puede presentar una pérdida de agua, dando como resultado un decremento del desarrollo bacteriano reflejado en el tamaño de las colonias, así como una posible inhibición de crecimiento [12]. Fuentes de carbono en medios de cultivo Los microorganismos requieren de una fuente de carbono en sus medios de cultivo ya que este les proporciona la energía esencial además del carbono necesario para crecer y tener un funcionamiento correcto. El carbono es necesario para la síntesis de componenetes biológicos cruciales incluyendo proteínas, ácidos nucleicos, lípidos e hidratos de carbono, debido a que estas biomoléculas están constituidas en su mayoría por carbono y sin una fuente de carbono el crecimiento microbiano y la reproducción se pueden ver afectados. Las bacterias pueden utilizar tanto fuentes orgánicas como inorgánicas para crecer, entre las cuales destacan los azúcares como la glucosa y la sa el dióxido de carbono para la primera categoría y los azúcares como la glucosa y la sacarosa, y el alcohol para la segunda [12]. Para los medios de cultivo más utilizados se suele incluir glucosa, galactosa, manitol, sorbitol, maltosa o fructosa [13]. Cabe resaltar que el carbón es el elemento más abundante en las bacterias, por lo que destaca la importancia de su presencia en los medios de cultivo [12]. Fuentes de nitrógeno en medios de cultivo La importancia de las fuentes de nitrógeno en medios de cultivo proviene de la capacidad que otorga a las bacterias de producir sus propias proteínas. Se pueden presentar de forma orgánica, referente a hidrolizados de proteínas, como la proteosa-peptona, o de forma inorgánica, referente a los nitratos [12]. Crecimiento de bacterias en vinazas de tequila Las vinazas tequileras pueden ser utilizadas como sustrato para el cultivo de distintas bacterias durante la producción de bioproductos como bioetanol y biogás. Hay información 9 que trata el tema de las vinazas como medio de cultivo para fermentaciones de bacterias como Rhodopseudomonas, Clostridium o Klebsiella [14]. La identificación de los microorganismos más abundantes presentes en las vinazas a distintos niveles taxonómicos ha permitido, por ejemplo, su cultivo en biorreactores continuamente agitados en lote inoculado con lodo anaerobio granular pretatado térmicamente con el objetivo de producirbiohidrógeno. A través del pretratamiento térmico de los microorganismos, se puede determinar cuáles bacterias son mayores productores de H2, con el fin de optimizar la producción de energía limpia y eficiente, destacando asi géneros como Klebsiella o Clostridium [14]. Las vinazas de tequila pueden resultar ser un buen medio de cultivo para algunas bacterias debido a las sustancias orgánicas, minerales y otros componentes de este residuo que lo vuelven rico en nutrientes para el desarrollo bacteriano. Sin embargo, por estas mismas condiciones no todas las bacterias tienen la capacidad de reproducirse y sobrevivir en este medio, por lo que resulta de interés identificar bacterias que sí muestren un crecimiento y comportamiento óptimo [15]. PAP verano 2023 Tanto el PAP realizado en CIATEJ en verano 2023 con la Dra. Amaya, como el presente PAP, abordan la problemática de los residuos agroindustriales. En el PAP de verano se identificaron algunos microorganismos de interés provenientes de una composta de bagazo de agave y vinazas de tequila. El procedimiento utilizado para la identificación de colonias bacterianas se basó en la tecnología MALDI TOF (espectrometría de masas por desorción/ionización laser asistida por matriz, por sus siglas en inglés). Entre las bacterias de interés identificadas se encuentran Cellulosimicrobium cellulans y Streptomyces violaceoruber (tabla 1). Cabe destacar que C. cellulans tiene potencial de producir enzimas lignocelulósicas, como las xilanasas y las celulasas, cuando se encuentra en condiciones ideales de crecimiento. 10 Tabla 1. Microorganismos de interés identificados en la composta. Microorganismos identificados Microorganismo Frecuencia Cellulosimicrobium cellulans Alta Streptomyces violaceoruber Media Pseudomonas bareopolis Media Pseudarthrobacter oxydans Baja Pseudomonas mendocina Baja Pseudomonas alcaligenes Baja 1.2 Caracterización de la organización El Consejo Nacional de Humanidades, Ciencia y Tecnología (CONAHCYT) está a cargo de distintos centros de investigación, entre los cuales se encuentra el Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A. C. (CIATEJ). Este es un centro público de investigación, encargado de la promoción del desarrollo sostenible de México a través de conocimiento de vanguardia y usos creativos de la ciencia y de la tecnología. CIATEJ ofrece servicios biotecnológicos que permiten la mejora de procesos y productos a través de asociaciones, además de apoyar bioprocesos y sectores de energía sostenible con integridad y eficacia [16]. CIATEJ cuenta con cinco principales líneas de investigación: Biotecnología Industrial, Biotecnología Vegetal, Tecnología Ambiental, Tecnología Alimentaria y, por último, Biotecnología Médica y Farmacéutica. La Unidad de Biotecnología Industrial se enfoca en la creación de bienes y servicios en industrias agroalimentarias vitales, como la biotransformación, la utilización de desechos agrícolas e industriales, y la creación de biocombustibles. Este departamento está compuesto por un total de 18 investigadores que buscan satisfacer atentamente las necesidades de clientes y colaboradores con proyectos específicos, mediante soluciones innovadoras [17]. Por otro lado, existen otros equipos, que siguen un sistema de gestión de calidad y se especializan en la mejora de procesos fermentativos y la aplicación de biocatalizadores. Estos últimos trabajan de manera colaborativa con otros Centros Públicos, universidades e industrias nacionales e internacionales, siempre con el mismo objetivo: idear soluciones innovadoras [17]. 11 La Dra. Lorena Amaya Delgado, quien dirige la unidad de Biotecnología Industrial en CIATEJ, Zapopan, posee un doctorado en Biotecnología y es reconocida como Nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) en Química y Biología. Además de su labor de investigadora, también gestiona proyectos profesionales. Su enfoque de investigación se centra en el estudio y desarrollo de procesos enzimáticos y fermentativos para su aplicación en la industria. Esto abarca áreas como biocatálisis, ingeniería, biología molecular y estrategias de escalamiento [18]. 1.3 Identificación de la(s) problemática(s) La producción de desechos provenientes de la industria agrícola es una preocupación global, ya que contribuye a la contaminación del medio ambiente. Esto se debe a que, en la mayoría de los casos, estos desechos no son tratados ni eliminados de manera adecuada. Sin embargo, los desechos cuentan con un gran potencial para ser reutilizados de manera beneficiosa en diversas actividades, como la creación y mejora de productos [19]. En México, se ha mostrado un incremento en la demanda de tequila y otros productos elaborados a base de agave. Esto ha llevado a un incremento no solo en la producción, sino también en la generación de residuos como el bagazo de agave y las vinazas tequileras [20]. En años recientes se han desarrollado aplicaciones biotecnológicas para el aprovechamiento de bagazo de agave y de vinazas de tequila como desechos agroindustriales a través de investigación y experimentación, donde se busca dar un segundo uso a estos materiales evitando así su acumulación como contaminantes en suelos y aguas. Por ejemplo, se ha buscado el aprovechamiento de biomasa lignocelulósica con microorganismos para la producción de etanol adicionando etapas de pretratamiento del residuo y purificación del producto [21]. Por otro lado, se ha utilizado bagazo de agave como fuente abundante y atractiva de biomasa para producir biocombustible en cultivos de microalgas en reactores solares [22]. En verano de 2023 se desarrolló un primer PAP en el CIATEJ en el cual se identificaron y aislaron ciertas bacterias encontradas en muestreos de una composta de bagazo de agave y vinazas de tequila. Utilizando la tecnología de la espectrofotometría de masas del MALDI- TOF, se siguió un protocolo para la identificación de bacterias, destacando así a 12 Cellulosimicrobium cellulans y Streptomyces violaceoruber. En el presente PAP se pretende identificar los microorganismos presentes en la misma composta, en muestreos realizados posteriormente al PAP de verano. Adicionalmente, se pretende caracterizar dichos microorganismos para evaluar sus capacidades biotecnológicas para la producción de enzimas y la degradación de contaminantes incluyendo las vinazas tequileras. Es así como se busca la integración de residuos agroindustriales en un modelo de economía circular en grandes producciones evaluando sus aplicaciones para la producción de metabolitos de interés industrial en un concepto basado en la sustentabilidad. 1.4. Planeación de alternativa(s) Al igual que en el anterior PAP de verano de 2023, se pretende identificar y aislar colonias de microorganismos a través de muestreos de una composta con bagazo de agave y vinazas de tequila, pertenecientes a CIATEJ. Sin embargo, en el presente PAP de otoño 2023, se analizará el crecimiento de una cepa seleccionada en un medio basado en vinazas tequileras. Primeramente se toman las muestras de la composta y se suspenden en agua esteril, con esta suspensión, se realizan diluciones seriadas de cada muestra para evitar una saturación de microorganismos y crear condiciones más aptas para su crecimiento de manera aislada. Se preparan medio Luria (LB) y medio Bennett con especificaciones indicadas por la Dra. Amaya, y después de esterilizarse se añade antifúngico para ser vertido en cajas de Petri. Posteriormente, se inocula la séptima dilución en cada medio y se incuban las cajas por dos días a 30°C. Una vez transcurridos los dos días se observa el crecimiento microbiano de cada caja para realizar el conteo e identificar las colonias según sus morfologías. Se selecciona la cantidad de colonias a identificardependiendo de la presencia de cada morfología y se inoculan en nuevas cajas de Petri con 8 divisiones. Se incuban nuevamente las cajas de Petri por dos días a 30°C. En una placa de MALDI TOF se colocan muestras por duplicado de cada colonia y se corre el equipo. Ya que los microorganismos son identificados, con la ayuda de la Dra. Amaya se seleccionan aquellos que son de interés para ser aislados. El aislamiento se realiza en el respectivo medio de cultivo, se incuba por dos días a 30°C y se almacena en refrigeración. 13 Posterior a la identificación y al aislamiento de microorganismos de interés se pretende evaluar el crecimiento de estos en distintos medios a base de vinaza tequilera y de bagazo de agave como fuente de carbono. Se busca variar el tipo de vinazas para ver su efecto en el crecimiento de los microorganismos con las siguientes variables: estériles, no estériles, pH ajustado a 7 y pH característico (3-4). Una vez inoculados los medios con los microorganismos seleccionados, se incubarán en una agitadora a 150 rpm a un rango de temperaturas de 35 o 37°C. Las técnicas de identificación de microorganismos se basa en ensayos in vitro que utilizan reacciones bioquímicas y tinciones que permiten clasificar morfologías microscópicas. Estas pruebas basadas en relaciones fenotípicos presentan ciertos inconvenientes ya que dependen del metabolismo de cada microorganismo. Recientemente han surgido nuevas alternativas para la identificación de microorganismos, como las basadas en secuencias del ácido ribonucleico ribosomal (rRNA) o la detección en tiempo real de genes particulares por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Sin embargo, utilizando el equipo MALDI-TOF MS, se pueden identificar microorganismos gracias a la espectofotometría de masa con la ayuda de la tecnología de ionización o de desorción del láser y de una matriz con la detección de masa por tiempo de vuelo [23]. Las vinazas tequileras y el bagazo de agave son residuos agroindustrailes de la producción de tequila con los cuáles se han evaluado el crecimiento de distintas bacterias bajo procesos fermentativos para la producción de biogas y bioetanol [14] [15]. A pesar de esto, no hay estudios que comparen el crecimiento de distintas bacterias en distintos tipos de vinazas tequileras según su procedencia. Por otro lado, se busca encontrar el tamaño de partícula de bagazo de agave que funcione como mejor fuente de carbono para las bacterias cultivadas. Es así como a través del presente PAP, se pretende encontrar las mejores condiciones en medios de cultivos de bagazo de agave y vinazas de tequila para el crecimiento óptimo de bacterias como Cellulosimicrobium cellulans y Streptomyces violaceoruber. En la tabla 1 se muestra el cronograma de las actividades consideradas para la realización del presente PAP. Dichas actividades reflejan los recursos humanos, materiales y tecnológicos necesarios para poder lograr los objetivos planteados durante 16 semanas, además del tiempo 14 dedicado a cada actividad. Las abreviaturas utilizadas para la sección de recursos en la tabla 1, se desglosan en la tabla 2. Tabla 1. Cronograma de actividades previstas para la realización del PAP. Actividades R ec u rs o s T ie m p o (d ía s) Semanas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 Toma de muestra de composta. TP 2 Aislamiento de microorganis mos de composta a base de bagazo de agave y vinazas. TP EL CC ML MC 12 Entrega avance 1 TP 1 Preparación de medios de cultivo para crecimiento de microorganis mos aislados. TP EL ML MC 14 Identificación de microorganis mos aislados por MALDI TOF. TP EL ML MA MT MC 8 Entrega avance 2 TP 1 Inoculación de microorganis mos en distintos medios de cultivo. TP TC MC EL ML MA VT BA 12 Evaluación del crecimiento microbiano TP TC MC EL ML Entrega avance 3 TP 1 15 Evaluación del crecimiento microbiano en vinazas Discusión de resultados y escritura de informe. TP TC 7 Presentación del avance 4 a la directora PAP. TP 1 Presentación final. TP 1 Entrega final del reporte PAP. TP 1 Tabla 2. Abreviaturas de los recursos señalados en el cronograma de actividades. Recursos utilizados Abreviatura Significado TP Trabajo personal del estudiante TC Trabajo de consulta con la Dra. Amaya CC Composta de CIATEJ AC MC Medios de cultivo microbiano VT Vinazas de tequila BA Bagazo de agave EL Equipo de laboratorio ML Material de laboratorio MA Microorganismos aislados MT MALDI TOF 1.5. Desarrollo de la propuesta de mejora Identificación de microorganismos por MALDI-TOF A partir de la composta de bagazo de agave y vinazas de tequila de CIATEJ, se tomaron dos muestras adicionales a aquellas realizadas en el PAP de verano 2023, en intervalos de tres semanas para comparar los microorganismos encontrados a lo largo del periodo de la composta. Primeramente se prepararon medios Luria (LB) y Bennett de manera gelificada y se almacenó en cajas Petri de distintos tamaños. Posteriormente, se realizaron diluciones de 16 las muestras tomadas de la composta y se inoculó por extensión en placa la séptima dilución en ambos medios. Se incubaron las cajas Petri por dos o tres días a 30-32°C. Una vez crecidas las colonias se cuantificaron con un contador manual y se identificaron las distintas morfologías de cada caja. Posteriormente, se realizaron siembras de cada forma colonial en nuevas cajas Petri con el medio correspondiente y se incubaron nuevamente a 30-32°C por dos días. Dos días después se realizó la lectura en el MALDI-TOF MS para identificar los microorganismos. En la figura 2 se muestra un diagrama con el procedimiento ilustrado de los pasos a seguir al utilizar esta técnica [24]. En los anexos se encuentra el proceso que se siguió para la toma de muestra, el conteo y la identificación por MALDI-TOF MS seguida tanto en el PAP de verano 2023 como en el presente PAP de otoño 2023. Figura 2. Procedimiento y funcionamiento de identificación de microorganismos por MALDI-TOF MS [24] Preparación de medios de cultivo LB y Bennett Generalmente se prepararon 600 mL de medio de cultivo en matraces de 1 L para que al momento de esterilizar el medio no se derramara por la ebullición alcanzada. De esta manera, se preparon 600 mL de medio de cultivo LB y de Bennett en matraces Erlenmeyer de 1 L. Para la preparación de los medios se siguieron las condiciones establecidas en la tabla 3, 17 donde se indica que para el medio LB se añadió agar bacteriológico, peptona bacteriológica, extracto de levadura y cloruro de sodio. Por otra parte, el medio Bennett lleva agar nutritivo, glucosa y extracto de levadura. Ambos medios se disolvieron en 600 mL de agua destilada y se mezclaron para homogeneizarse y posteriormente se ajustaron los pH a 7 (medio LB) y 7.3 (medio Bennett). Una vez listos los medios se esterilizaron en autoclave a 121°C por 15 minutos. Finalmente, se añadieron 60 mg de nistatina (antifúngico) disueltos en 1.0 mL de etanol de 96% a cada medio y se repartieron en cajas Petri. Tabla 3. Formulación de medios de cultivo. Medio Luria (LB) Medio Bennett pH = 7.0 pH = 7.3 + 0.2 Componente Cantidad g/L Cantidad para 600 mL Componente Cantidad g/L Cantidad para 600 mL Agar 20 g 12 g Agar nutritivo 23 g 13.8 g Peptona bacteriológica 10 g 6 g Glucosa 10 g 6 g Extracto de levadura 5 g 3 g Extracto delevadura 1 g 0.6 g Cloruro de sodio 5 g 3 g Nistatina (después de esterilización) 100 mg 60 mg Nistatina (después de esterilización) 100 mg 60 mg Resultados MALDI TOF Con las lecturas del MALDI TOF se logró identificar algunos de los microorganismos presentes en la composta. En la tabla 4 se muestra la comparación de microorganismos de interés identificados tanto en el PAP de verano 2023 y el presente PAP. Se considera como variable de medición la frecuencia en que se presentaron los microorganismos en los muestreos. Se observa de esta manera que algunas de las bacterias encontradas solo estuvieron presentes en cierto periodo de la composta, como Pseudomonas bareopolis. Para esto, la abundancia se calculó con el número de colonias encontradas en los muestreos (tabla 5). 18 Tabla 4. Comparación de microorganismos de interés identificados en el PAP de verano 2023 vs el PAP actual de otoño 2023 Microorganismos identificados Microorganismo Abundancia en verano 2023 Abundancia en otoño 2023 Cellulosimicrobium cellulans Alta Alta Streptomyces violaceoruber Media Baja Pseudomonas bareopolis Media Nula Pseudarthrobacter oxydans Baja Baja Pseudomonas mendocina Baja Nula Pseudomonas alcaligenes Baja Baja Microbacterium paludícola Baja Media Tabla 5. Consideraciones de abundancia de los cultivos. Abundancia Número de colonias por muestreo Alta x10 Media 5x<10 Baja 1x<5 Nula 0 A partir de la comparación de microorganismos de interés encontradas en la composta, se optó por seleccionar Microbacterium paludícola como una bacteria con potencial biotecnológico ya que al ser una bacteria presente en el suelo y no muy investigada tiene un rango de posibles aplicaciones a evaluar. Esta bacteria grampositiva es pequeña con un tamaño de 0.8 a 1.5 m. Produce enzimas como la oxidasa, la catalasa y la ureasa (tabla 6). Tiene un rango de crecimiento ideal de 25-30°C y un pH ideal entre 6 y 8 [25], aunque en este PAP se confirma su crecimiento a temperaturas mayores a 30°C. Es una bacteria que necesita presencia de NaCl para su crecimiento, por lo que el medio LB resulta óptimo para su desarrollo. Como se muestra en la figura 3, las colonias de M. paludicola presentan un color amarillo limón, con un borde transparentoso regular. La bacteria no hidroliza gelatina, caseína ni celulosa, pero sí hidroliza xilano, almidón y aesculina [25]. Adicionalmente, se consideró la presencia de este microorganismo en la composta ya que prevaleció durante el periodo de compostaje, e inclusive, aumentó su abundancia. Tabla 6. Características de Microbacterium. (Adptada [25]). Característica Color de las colonias Amarillo limón Arginina dihidrolasa + Ureasa + 19 Producción de ácido de: Gluconato - N-acetilglucosamina - Glicerol + Lactosa - Glucógeno + Utilización de: Acetato - Glucógeno + Manosa + Figura 3. Cultivo de Microbacterium paludícula en caja Petri con medio LB. Inoculación de Microbacterium paludícola en vinazas tequileras Se seleccionó la cepa de M. paludícola encontrada en la composta e identificada con ayuda de MALDI-TOF. Se sembró la cepa en cajas de Petri con medio LB por la técnica de estriado con un asa de metal flameada para asegurar su esterilidad (figura 4). Una vez sembradas las cajas, estas se sellaron con Parafilm para evitar posibles contaminaciones del ambiente, y se colocaron en la incubadora a 32-35°C por un periodo de 2 días. 20 Figura 4. Cultivo de Microbacterium paludícula en cajas Petri de distinto tamaño con medio LB. Para evaluar el crecimiento de M. paludícola en las vinazas tequileras se tomaron en cuenta cuatro variables: vinazas estériles con pH neutralizado, vinazas estériles con pH ácido, vinazas sin esterilizar con pH neutralizado y vinazas sin esterilizar con pH ácido. Para esto, se prepararon dos matraces con 100 mL de vinaza neutralizada a pH 7 (uno estéril y otro no estéril) y otros dos con 100 mL de vinaza ácida a un pH de 3.6 (uno estéril y otro no estéril). En la tabla 7 se muestran los códigos utilizados en los matraces para la identificación de las variables. La esterilización se realizó en autoclave a 121°C por 15 minutos. Se tomaron 2 mL de cada matraz con una micropipeta y puntas estériles y se almacenaron en tubos Falcon para su posterior medición de densidad óptica de las vinazas antes de ser inoculados. Para la inoculación de los matraces se tomaron 4 cajas de Petri pequeñas con la cepa muy crecida. Primeramente se agregaron 2 mL de agua destilada estéril a cada caja Petri y se raspó con un asa estéril de metal el contenido hasta desprenderse por completo del agar. Cada mililitro se guardó en un tubo Falcon estéril de 15 mL y se agregaron 2 mL de agua destilada estéril para tener un total de 10 mL de inóculo. Finalmente, se mezcló el inóculo con ayuda de un vortex y se inocularon 2 mL de la suspensión bacteriana en cada matraz. Los matraces con vinazas y M. paludícola inoculada se muestran en la figura 5. Tabla 7. Código de los matraces con vinazas e inóculo Código del matraz Microorganismo (3) Vinaza pH M3VEN M. paludícola Estéril Neutro (6.9) M3VEA M. paludícola Estéril Ácido (3.6) M3VN M. paludícola No estéril Neutro (6.9) M3VA M. paludícola No estéril Ácido (3.6) 21 Figura 5. Matraces con vinaza y Microbacterium paludícula. En orden de izquierda a derecha: vinaza estéril neutralizada, vinaza estéril ácida, vinaza no estéril neutralizada y vinaza no estéril ácida Una vez inoculados los matraces, se colocaron en un shaker a 33°C y a 150 rpm durante 7 días. La figura 6 muestra el shaker con las condiciones de incubación y un acercamiento de los matraces inoculados. Figura 6. Matraces con vinaza y Microbacterium paludícula en shaker a 33°C y 150 rpm Evaluación del crecimiento de Microbacterium paludícola Para evaluar el crecimiento de microorganismos en las vinazas, se tomaron muestras de cada matraz a los 7 días. Esto se logró homogeneizando el contenido de cada matraz y posteriormente tomando 1 mL en tubos Eppendorf estériles. Se preparó una dilución de 980 L de agua destilada estéril y 20 L de la vinaza que se homogeneizó por agitación. En una caja Petri se realizaron 4 divisiones para sembrar la muestra de cada variable en una sección. Se colocaron 10 L de cada dilución realizada en cada división de la caja Petri y con el asa estéril se extendió el inóculo. En una segunda caja se realizaron igualmente 4 divisiones para las muestras directas del contenido de cada matraz con el asa estéril. Posteriormente, se colocaron las cajas Petri en la incubadora a 37°C por una semana. Después de una semana de incubación, se observó crecimiento microbiano en ambas cajas Petri. Como era esperado, la caja de la muestra directa del matraz (figura 7 a) mostró mayor crecimiento a la caja Petri inouclada con la dilución (figura 7 b). Si bien ambas cajas a) b) 22 mostraron crecimiento microbiano, se puede observar que en la variable M3VEA correspondiente a la vinaza estéril ácida no hubo crecimiento en ninguna de las dos cajas. Figura 7. Cajas Petri para evaluar el crecimiento de microorganismos en las vinazas. a) Muestras tomadas directamente de los matraces con vinazas y b) muestras con dilución Identificación por MALDI-TOF – recuento de morfologías Una vez que las cajas Petri mostraron crecimiento microbiano después de una semana, se realizó un conteo de las morfologías de las colonias encontradas. El procedimiento seguido para el conteo es el mostrado en el anexo 4. Identificación por MALDI-TOF MS Para la identificación de los microorganismos seleccionados en la sección anterior, fue necesario seguir el protocolo de los anexos 6 y 7. De tal modo, se inocularon las colonias de los microorganismos seleccionados en cajas Petri con 8 divisiones como se muestra enla figura 8, utilizando un asa estéril y por la técnica de estriado (figura 9). Es importante resaltar que se procuró seleccionar colonias aisladas para reflejar una mayor pureza en el cultivo. Una vez que todas las colonias fueron inoculadas, estas se incubaron por 2 días a 37°C. a) b) 23 Figura 8. Divisiones de la caja Petri para evaluar el crecimiento de las colonias seleccionadas. Figura 9. Inoculación de las cajas Petri para evaluar el crecimiento de las colonias seleccionadas. Posterior al lapso de 2 días de incubación se retiraron las cajas Petri para evaluar el crecimiento microbiano de las colonias seleccionadas. Como se observa en la figura 10, la mayor parte de los cultivos mostraron crecimiento a pesar de que sí se presentaron casos de ausencia de crecimiento. 24 Figura 10. Caja Petri después del periodo de incubación mostrando crecimiento bacteriano de las colonias seleccionadas. Por último, se realizó el llenado de la placa para la identificación de microorganismos por MALDI-TOF MS. Para esto fue necesario tomar con un palillo estéril cada una de las muestras de la caja Petri (figura 11 a) y colocarla en los pocillos de la placa (figura 11 b). Posterior al rellenado de las colonias, se agregó ácido fórmico al 70% y una vez seco el ácido, se adicionó la matriz del MALDI. Es necesario también esperar a que la matriz se seque (figura 12) para poder insertar la placa en el MALDI-TOF y realizar la corrida de la identificación. Como se mencionó anteriormente, este proceso se describe detalladamente en el anexo 7. Figura 11. Llenado de la placa de MALDI-TOF MS a) Toma de muestra de la caja Petri y b) rellenado de los pocillos de la placa de MALDI-TOF MS con las muestras 25 Figura 12. Llenado final de la placa de MALDI-TOF MS Resultados de identificación de MALDI-TOF MS En la tabla 8 se muestran algunos de los microorganismos encontrados por identificación de colonias microbianas en los cultivos de vinazas. Si bien, en las lecturas del MALDI-TOF no se encontró a M. paludícola en los microorganismos identificados en el crecimiento microbiano en las vinazas, se logró identificar a otros microorganismos de interés como Acetobacter pasteurianus o Lentilactobacillus buchneri. La importancia de estos microorganismos, aún sin ser la bacteria esperada, recae en que son bacterias que lograron proliferarse y sobrevivir en un medio originalmente ácido proveniente de residuos agroindustriales, lo que demuestra el efecto de las vinazas como potencial medio de cultivo para ciertos microorganismos. En las cajas Petri del crecimiento de vinazas se observó que en la variable de vinaza estéril ácida no hubo crecimiento bacteriano, pero en la vinaza estéril con pH neutro sí se observó crecimiento. Esto indica que para M. paludícola el pH del medio de cultivo es un factor esencial para su desarrollo. En las vinazas sin esterilizar se observó crecimiento de bacterias pertenecientes al género Acetobacter, destacando Acetobacter pasteurianus y Acetobacter indonesiensis. Estas son bacterias que producen ácido acético, oxidando alcohol y azúcares utilizando la enzima alcohol deshidrogenasa. Adicionalmente, estas son capaces de producir acetaldehído y acetato de etilo. Al estar especializadas en la oxidación, estas bacterias son aerobias y necesitan oxígeno para su crecimiento. Finalmente, destaca mencionar el factor de que son bacterias que proliferan en ambientes ácidos, por lo que su pH ideal es de 5.5 a 6.3 [26]. Si bien el pH original de las vinazas fue de 3.6, las 26 vinazas tanto con pH ácido (3.6) y pH neutro (6.9) resultaron ser adecuadas para el crecimiento de las bacterias Acetobacter. Tabla 8. Código de los matraces con vinazas e inóculo Código del matraz Microorganismos identificados M3VEN Lentilactobacillus buchneri M3VEA Sin crecimiento microbiano M3VN Schleiferilactobacillus harbinensis Acetobacter pasteurianus Lentilactobacillus buchneri M3VA Acetobacter indonesiensis Acetobacter pasteurianus Aunque las vinazas tequileras no suelen ser utilizadas como medio de cultivo para crecimiento bacteriano, sí han sido utilizadas como sustrato para diversas especies de microalgas [7] [27]. En un estudio de G.E. Cea Barcia et al, en 2019, se menciona que en trabajos anteriores de cultivos de microalgas en vinazas se evitaba la contaminación de bacterias, hongos y levarudas. Sin embargo, en el estudio citado, se optó por hacer un co- cultivo de microalgas y levaduras para beneficiar el crecimiento autotrófico de las microalgas en producción y absorción de dióxido de carbono y oxígeno, ya que sus crecimientos son complementarios [7]. Medición de densidad óptica (D.O.) Para la medición de densidad óptica se utilizó el equipo de lector de microplaca. Se tomó una muestra de 200 L de cada matraz en tubos Eppendorf de 1.5 mL. Se realizaron diluciones en 1:2 con agua destilada debido a la intensidad del color de las vinazas. Se centrifugaron las muestras para retirar el sobrenadante y se adicionaron 400 L de agua destilada. Posteriormente, después de una resuspensión de la muestra, se pasaron 200 L a una microplaca de 96 pocillos. Este procedimiento se repitió con cada matraz de vinazas inoculadas y adicionlamente se realizó el proceso por triplicado con una muestra guardada de las vinazas antes de inocular. Una vez lista la placa, se leyó a 600 nm en el lector de microplacas y se analizaron los resultados obtenidos. Para obtener el valor de densidad óptica de las vinazas, se tomó el promedio de las mediciones de las vinazas sin inoculación para obtener un dato más preciso, obteniendo un valor de 0.101 (tabla 9). Para calcular el crecimiento microbiano de los cultivos, fue necesario utilizar la ecuación 1, donde se restó la 27 densidad óptica final menos el promedio de la densidad óptica de las vinazas sin inocular. En la tabla 10 se pueden apreciar los resultados del crecimiento microbiano, observando crecimientos considerablemente bajos, sobretodo en las vinazas que fueron esterilizadas. Tabla 9. Densidad óptica de las vinazas antes de inocular Código del matraz Microorganismos identificados D. O. Vinaza 0.102 0.099 0.102 Promedio 0.101 Ecuación 1. Cálculo de crecimiento bacteriano Tabla 10. Crecimiento de las vinazas antes de inocular Código del matraz D.O. final Crecimiento bacteriano M3VN 0.115 0.013 M3VEN 0.11 0.008 M3VA 0.119 0.017 M3VEA 0.106 0.004 1.6. Valoración de productos, resultados e impactos La identificación de los diversos microorganismos presentes en una composta a base de residuos agroindustriales, y que además son capaces de proliferar bajo estas condiciones, abre un amplio abanico de oportunidades para abordar no sólo un problema social, sino múltiples retos simultáneamente. Mediante la aplicación de residuos agroindustriales para el cultivo de microorganismos provenientes de fuentes de compostaje, es posible reducir la generación de residuos mitigando así un potencial impacto ambiental. Este enfoque permite la transición hacia modelos de economía circular, en los cuales, los residuos son reutilizados con el fin de generar otros beneficios, minimizando así la producción de desechos inutilizables. Una economía circular puede llevar a un modelo sostenible que beneficie a empresas, al medio ambiente y a la sociedad al mismo tiempo, logrando así un desarrollo sostenible. Como toda acción tiene consecuencias en cadena, tanto de manera positiva, como de manera negativa, una economía circular que aproveche los residuos agroindustriales permitiría a las industrias evitar la generación excesiva de residuos, generando así la posibilidad de obtener un segundo ingreso al utilizar dichos residuos como materia prima para generar un segundo producto o servicio. Como consecuencia indirecta, también se 𝐶𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑛𝑜 = 𝐷. 𝑂. 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝐷.𝑂. 𝑣𝑖𝑛𝑎𝑧𝑎 28 beneficia a la población, ya que la reducción de residuos contribuye a un medio ambiente más limpio, mejorando así la calidad de vida. En un primer PAP realizado en Verano de 2023, se aislaron e identificaron microorganismos provenientes de una composta de bagazo de agave y vinazas tequileras a través de técnias de microbiología y de la tecnología del MALDI-TOF. En el presente PAP de Otoño 2023, se realizaron dos muestreos más donde se aislaron e identificaron microorganismos de la misma composta de residuos agroindustriales para evaluar la evolución de crecimiento microbiano a lo largo del periodo activo de la composta. Adicionalmente, se realizó un cultivo de M. paludícola en vinazas tequileras tomando en cuenta 4 variables: vinazas sin esterilizar ácidas, vinazas sin esterilizar con pH neutralizado, vinazas estériles ácidas y vinazas estériles con pH neutralizado. En tres de las cuatro variables se identificó crecimiento microbiano, sin embargo, en la variable de vinazas estériles ácidas no se pudo apreciar crecimiento, demostrando así el efecto de pH en ciertas bacterias. No se encontró M. paludícola entre los microorganismos crecidos en los cultivos de vinazas, por lo cual se concluye que el cultivo no se encontraba en un estado completamente puro y hubo otros microorganismos que presentaron mayor proliferación. Para estudios posteriores se podrían hacer cultivos con otros microorganismos para evaluar las vinazas como medio de cultivo con distinto pH según las condiciones óptimas de crecimiento de cada microorganismo. Adicionalmente, se podrían agregar fuentes de carbono o nitrógeno a las vinazas para enriquecer el medio, manteniendo así una fuente de sustrato económicamente accesible aprovechando recursos que de otra forma serían desperdiciados. Además, se recomendaría centrifugar las vinazas y realizar una purificación para que la densidad óptica tenga mayor precisión y para poder evaluar de manera más visual el crecimiento microbiano. 29 1.7. Bibliografía y otros recursos Bibliography [1] CIATEJ, «Quiénes somos,» 2023. [En línea]. 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[10] CRT, «Estrategia de sustentabilidad de la cadena Agave-Tequila,» 2016. [En línea]. Available: https://www.crt.org.mx/images/Documentos/Estrategia_Sustentabilidad.pdf. [11] J. A. M. Demattê, M. A. P. Gama, M. Cooper, J. C. Araújo, M. R. Nanni y P. R. Fiorio, «Effect of fermentation residue on the spectral reflectance properties of soils,» Geoderma, vol. 120, nº 3-4, pp. 187-200, 2004. [12] M. Bonnet, J. C. Lagier, D. Raoult y S. Khelaifia, «Bacterial culture through selective and non-selective conditions: the evolution of culture media in clinical microbiology,» New microbes and new infections, vol. 34, 2020. [13] M. D. J. Martínez-Hernández, A. Alonso López, F. Osorio-Acosta, F. Gallardo López, H. López Moctezuma y M. Mata Rosas, «Evaluación de diferentes fuentes de carbohidratos y medios de soporte, para la multiplicación in vitro de portainjertos de 30 cítricos tolerantes a la tristeza.,» Agronomía Tropical, vol. 59, nº 3, pp. 343-350, 2009. [14] J. R. Muñoz-Estrada, J. B. Velázquez-Fernández y O. Aguilar-Juárez, «Metagenómica de un biorreactor enfocado a producción de biohidrógeno en el proceso de aprovechamiento de vinazas tequileras empleando inóculo pretratado.,» RINDERESU, vol. 5, nº 2, 2021. [15] A. Toledo-Cervantes, H. O. Méndez-Acosta, J. Arreola-Vargas, J. E. Gabriel-Barajas, M. N. Aguilar-Mota y R. Snell-Castro, «New insights into microbial interactions and putative competitive mechanisms during the hydrogen production from tequila vinasses.,» Applied Microbiology and Biotechnology, , vol. 106, pp. 6861-6876, 2022. [16] CIATEJ, «Página de inicio,» 2023. [En línea]. Available: https://ciatej.mx. [17] CIATEJ, «Biotecnología Industrial,» 2023. [En línea]. Available: https://ciatej.mx/investigacion/biotecnologia-industrial. [18] CIATEJ, «Dra. Lorena Amaya Delgado,» 2023. [En línea]. Available: https://ciatej.mx/investigacion/investigador/dra-lorena-amaya-delgado. [19] Y. A. V. Corredor y L. I. P. Pérez, «Aprovechamiento de residuos agroindustriales en el mejoramiento de la calidad del ambiente.,» Revista Facultad de Ciencias Básicas, vol. 14, nº 1, pp. 59-72, 2018. [20] A. U. Valle-Pérez,, G. Flores-Cosío y L. Amaya-Delgado, «Bioconversion of agave bagasse to produce cellulases and xylanases by Penicillium citrinum and Aspergillus fumigatus in solid-state fermentation.,» Waste and Biomass Valorization, vol. 12, pp. 5885-5897, 2021. [21] M. Láinez, J. A. G. Flores-Cosío, E. J. Herrera-López y L. Amaya-Delgado, «CHAPTER 4 Advances in fermentative systems for the production of ethanol from lignocellulosic biomass,» de Innovations in Fermentation and Phytopharmaceutical Technologies, Elsevier, 202. [22] A. Ayala-Cortés, P. Arcelus-Arrillaga, M. Millan, C. A. Arancibia-Bulnes, D. E. Pacheco-Catalán y H. I. Villafán-Vidales, «Solar hydrothermal processing of agave bagasse: Insights on the effect of operational parameters.,» Renewable Energy, vol. 192, pp. 12-23, 2022. [23] N. Maldonado,, C. Robledo y J. Robledo, «La espectrometría de masas MALDI-TOF en el laboratorio de microbiología clínica,» infectio, vol. 22, nº 1, pp. 35-45, 2018. [24] N. Maldonado, C. Robledo y J. Robledo, «La espectrometría de masas MALDI-TOF en el laboratorio de microbiología clínica,» Infectio, vol. 22, nº 1, pp. 35-45, 2018. [25] H. Y. Park, K. K. Kim, L. Jin y S. T. Lee, «Microbacterium paludicola sp. nov., a novel xylanolytic bacterium isolated from swamp forest.,» International journal of systematic and evolutionary microbiology, vol. 56, nº 3, pp. 535-539, 2006. [26] University of California, Davis, «Acetobacter pasteurianus,» Department of Viticulture & Enology, 20 march 2018. [En línea]. Available: https://wineserver.ucdavis.edu/industry-info/enology/wine- microbiology/bacteria/acetobacter-pasteurianus. [Último acceso: 18 november 2023]. [27] F. J. Choix,M. A. Ochoa-Becerra, M. Hsieh-Lo, P. Mondragón-Cortez y H. O. Méndez-Acosta, «High biomass production and CO 2 fixation from biogas by 31 Chlorella and Scenedesmus microalgae using tequila vinasses as culture medium,» Journal of Applied Phycology, vol. 30, pp. 2247-2258, 2018. [28] G. N. Stacey, «Cell Culture Contamination,» de Cancer cell culture: methods and protocols, 2 ed., vol. 731, I. A. Cree, Ed., Humana Press. Springer Protocols, 2011, pp. 79-91. 1.8. Anexos generales Anexo 1. Toma de muestra Dentro de la campana de esterilidad, se tomó 1 g de cada muestra utilizando pinzas de disección de acero inoxidable y una balanza analítica. La muestra se introdujo en un tubo Falcon de 15 mL, se le adicionó 5 mL de agua destilada estéril y se agitó en vórtex para homogeneizar la mezcla. Anexo 2. Plaqueo en cajas de Petri Para realizar la inoculación de las muestras, se tomó una cantidad de 100 L de la dilución 1𝑥107 y se depositó en una caja de Petri con medio Bennett. Posteriormente, se distribuyó la muestra utilizando una asa espatulada estéril, moviéndola en círculos para asegurar que las colonias crezcan en el centro de la caja y no en los bordes. Estos movimientos circulares se mantuvieron hasta que la muestra se secó en el medio, indicando que se absorbió correctamente. De manera similar, se distribuyeron otros 100 L en una caja de Petri con medio LB utilizando la misma técnica. Anexo 3. Incubación y prevención de contaminación Las cajas de Petri inoculadas fueron trasladadas a la incubadora, donde se mantuvieron a una temperatura de 30°C durante un período de 2 días. Desde el momento en que salieron de la campana de esterilidad, se aseguró que las cajas estuvieran completamente cerradas y selladas con cinta masking para prevenir cualquier posible contaminación. Es importante destacar que la contaminación microbiana representa un desafío significativo en los cultivos celulares. Esta contaminación puede originarse a partir del operador, del entorno del laboratorio, de otras células empleadas en el laboratorio o incluso de los reactivos 32 utilizados [28]. La presencia no deseada de microorganismos en un cultivo puede tener un impacto negativo en la precisión y reproducibilidad de los resultados experimentales. Además, puede dar lugar al crecimiento de microorganismos no deseados, lo cual puede alterar las condiciones del medio y el comportamiento de los microorganismos bajo estudio. Por esta razón, ante la detección de una contaminación, ya sea de naturaleza bacteriana o fúngica, significativa o inesperada, se considera necesario desechar el cultivo afectado [28]. En el CIATEJ, se implementa un protocolo en el cual todo el material biológico se almacena en bolsas de plástico selladas. Posteriormente, este material es sometido a un proceso de esterilización mediante autoclave con el fin de inactivar cualquier microorganismo presente. Anexo 4. Recuento y Caracterización de Formas: Tras el período de incubación, utilizando un contador manual, se procedió a cuantificar las diversas colonias presentes en las cajas de Petri. Posteriormente, se llevó a cabo una inspección visual de las colonias con el propósito de describir sus características morfológicas. La cantidad de colonias que se debían inocular en las cajas de Petri para su posterior identificación a través de MALDI TOF se determinó a partir de la raíz cuadrada del número de colonias encontradas en la caja de Petri. En la Tabla 1a, se proporciona un resumen de la cuantificación y la caracterización morfológica de las colonias bacterianas presentes en la primera muestra cultivada en medio LB. En este caso, se contabilizaron un total de 21 colonias, que se dividieron en 4 morfologías distintas. Cabe destacar que en cada muestreo, la morfología predominante siempre se registró en primer lugar. En este caso, la bacteria de color amarillo, de tamaño pequeño, forma circular y superficie brillante fue la más abundante en la primera muestra. Para llevar a cabo el proceso de identificación, se siguió el criterio de la raíz cuadrada del número de colonias con la misma morfología. Estas colonias se inocularon en cajas de Petri con 8 divisiones, y posteriormente se sometieron a incubación a una temperatura de 30°C durante 48 horas. Finalmente, se procedió a su identificación utilizando la técnica de MALDI TOF. 33 Tabla 1a. Cuantificación e identificación de morfologías de la primera muestra en medio LB Muestra 1 Número total de colonias: 61 Morfología Colonias Raíz cuadrada del número de colonias (colonias a identificar por MALDI- TOF) Amarilla, pequeña, circular, brillosa 15 4 Amarilla verdosa, pequeña, circular, medio opaca 4 2 Blanca, un poco abultada, brillosa, dicrular, mediana 2 1 Anexo 5. Inoculación de las bacterias identificadas en cajas de Petri Tras seleccionar las colonias para su posterior identificación mediante el MALDI TOF MS, cada una fue sembrada de forma individual en cajas de Petri que estaban subdivididas en 8 secciones. Para garantizar un crecimiento óptimo, se empleó el mismo medio en el cual se encontró inicialmente cada colonia. Las placas fueron incubadas durante un período de 2 días a una temperatura de 30°C. Anexo 6. Preparación para Lecturas en MALDI TOF: A partir de los cultivos obtenidos en las cajas de Petri subdivididas en 8 secciones, se procedió a cargar la placa del MALDI TOF. En primer lugar, se completó el formulario de la placa con todos los detalles relevantes para la corrida. Se registraron todos los cultivos que mostraron crecimiento y se verificó que las placas del MALDI estuvieran limpias antes de comenzar con el llenado. Dentro de la campana de esterilidad, se llevó a cabo este procedimiento con el fin de prevenir cualquier tipo de contaminación tanto en la placa MALDI TOF como en los cultivos alojados en las cajas de Petri. La placa fue cargada dos veces utilizando palillos estériles, asegurándose de llenar completamente cada uno de los orificios. Una vez completada la placa o finalizados los cultivos, se añadió 1 L de ácido fórmico al 70% en cada orificio, permitiendo que se secara por completo. Luego, se incluyó 1 L de matriz en cada orificio y se esperó a que se secara por completo. Es importante mencionar que este último paso no necesariamente requiere llevarse a cabo dentro de una campana de esterilidad, pero siempre se busca seguir esta precaución. 34 Posteriormente, se procedió a configurar el equipo de MALDI TOF y se registraron las colonias presentes en la placa de 96 pocillos. Para esta etapa, se solicitó asistencia adicional, dado que el manejo de este equipo es sumamente delicado. Finalmente, se imprimieron y analizaron los resultados obtenidos con MALDI TOF en conjunto con la información bibliográfica pertinente. 2. Productos Nombre y código del PAP 4G03 Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II Nombre del proyecto Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica en CIATEJ, unidad Zapopan Descripción: Se entregará el presente reporte a la Dra. Lorena Amaya con el propósito de registrar el trabajo elaborado junto con la investigación realizada. Autores: Tania Janeth Herrera Vergara Nombre y código del PAP 4G03 Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II Nombre del proyecto Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica en CIATEJ, unidad Zapopan Descripción: Se hizo entrega de los reportes de identificación por MALDI-TOF de los microorganismos provenientes de la composta en una carpeta a la Dra. Lorena Amaya. Autores: Tania JanethHerrera Vergara Nombre y código del PAP 4G03 Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II Nombre del proyecto Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica en CIATEJ, unidad Zapopan 35 Descripción: Se hizo entrega de los reportes de identificación por MALDI-TOF de los microorganismos provenientes del cultivo en vinazas en una carpeta a la Dra. Lorena Amaya. Autores: Tania Janeth Herrera Vergara Nombre y código del PAP 4G03 Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II Nombre del proyecto Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica en CIATEJ, unidad Zapopan Descripción: Se entregaron cultivos puros de los microorganismos aislados de la composta a la Dra. Lorena Amaya. Autores: Tania Janeth Herrera Vergara Nombre y código del PAP 4G03 Programa de Apoyo a Centros de Investigación Externos II Nombre del proyecto Aislamiento, identificación y evaluación de microorganismos de una composta con origen de fuentes agroindustriales para su posterior aplicación biotecnológica en CIATEJ, unidad Zapopan Descripción: Se entregaron cultivos puros de los microorganismos aislados del cultivo de vinazas a la Dra. Lorena Amaya. Autores: Tania Janeth Herrera Vergara 3. Reflexión crítica y ética de la experiencia El RPAP tiene también como propósito documentar la reflexión sobre los aprendizajes en sus múltiples dimensiones, las implicaciones éticas y los aportes sociales del proyecto para compartir una comprensión crítica y amplia de las problemáticas en las que se intervino. 3.1 Sensibilización ante las realidades La participación en el presente proyecto de investigación en CIATEJ concluyó con un desarrollo personal y profesional sustancial. Trabajar con una composta de residuos 36 agroindustriales me proporcionó la oportunidad de profundizar en información sobre la industria mexicana, específicamente de la industria tequilera. El análisis más profundo va en torno a los residuos agroindustriales y su mala gestión dentro de la nación, dejando así que la mayoría de los residuos se eliminen sin un segundo tratamiento o uso. Este descuido ambiental me sensibilizó sobre la necesidad de apoyar iniciativas que faciliten el cambio hacia economías circulares. Un cambio de tal magnitud y relevancia permitiría a las empresas producir menos residuos que contaminan el medio ambiente y al mismo tiempo hacer un uso útil de los residuos. Al tener un enfoque claro en la implementación de economías circulares, se logra un beneficio mutuo para las empresas y, también para el medio ambiente. Adicionalmente, esta iniciativa también mejora de manera indirecta la calidad de vida de las personas. Es importante recordar y reconocer que la salud de los seres humanos y de todos los demás seres vivos en el planeta se ve afectada por la condición del medio ambiente. Es necesario impulsar prácticas industriales que reduzcan los efectos negativos en el medio ambiente para poder minimizar los impactos adversos y presetvar la salud y vida del planeta Tierra. Con la posibilidad de utilizar los residuos agroindustriales de la industria tequilera se busca lograr este equilibrio de economía circular. Se busca utilizar el bagazo de agave o las vinazas como materia prima en cultivos microbianos que permitan desarrollar un servicio o producto de interés biotecnológico y que, adicionalmente, tenga un impacto positivo en la sociedad. A través del presente PAP se desarrolló un cultivo bacteriano en vinazas tequileras, comprobando así que este residuo agroindustrial puede ser utilizado como medio de cultivo para bacterias con ciertas características afines a ambientes con pH ácido. La investigación más profunda de la utilización de estas vinazas para otro tipo de cultivos podría significar un ahorro para la producción de ciertos productos como enzimas, optando también por soluciones más ecológicas que le darían un segundo uso a este residuo. En un mundo donde cada vez hay más contaminación y mayores efectos por el cambio climático es necesario hacer conciencia de los efectos negativos de nuestras actividades cotidianes en el medio ambiente. A pesar de que año con año se presentan avances tecnológicos para mejorar la calidad de vida, se tienen que seguir buscando acciones para 37 hacer verdaderos cambios en el planeta. Estas acciones deben aplicarse tanto a nivel personal como a nivel industrial, tomando en cuenta que cada aporte siempre contribuye a un mejor futuro con el objetivo de tener un mundo sustentable. Es fundamental recordar que nosotros como personas y como una sociedad somos responsables de este efecto perjudicial y hacer cambios a conciencia para remediar los daños causados al ecosistema y a todos los seres vivios en la Tierra. 3.2 Aprendizajes logrados Participar en este PAP en colaboración con CIATEJ fue una experiencia transformadora que abrió nuevas perspectivas en mi desarrollo tanto a nivel personal como a nivel profesional. A lo largo de este proyecto enfrenté distintas situaciones en laboratorio que me retaron a superarme para sobrellevar estos desafíos, brindandóme así una mayor confianza en mis habilidades y capacidades de un trabajo en la investigación. Tuve un especial acercamiento en temas biotecnológicos en un enfoque de microbiología, realizando cultivos microbiano en medios sólidos y líquidos, además de la identificación de microorganismos por MALDI- TOF. Si bien en el PAP de verano 2023 ya había tenido la oportunidad de utilizar el equipo MALDI-TOF, en esta ocasión tuve la oportunidad de calibrar el equipo, preparar la matriz, preparar la dilución de ácido fórmico y de lavar las placas con el debido cuidado. De esta manera, tuve la oportunidad de expandir y aplicar mis conocimientos en microbiología aprendidos en mi avance en la carrera y en el PAP pasado en las instalaciones de CIATEJ. Para el desarrollo de este proyecto recibí asesoría de la Dra. Lorena Amaya por parte de CIATEJ y de la Dra. Blanca Valdivia por parte del ITESO. Establecer canales de comunicación eficientes con mis asesoras permitió un desempeño exitoso del proyecto. Colaborar con un centro de investigación requirió cumplir con los acuerdos de confidencialidad establecidos y comprender la seriedad de los contextos de trabajo. De esta manera, fue necesario no divulgar información confidencial, lo que me resaltó la importancia de un manejo ético de la información en ambientes profesionales. En CIATEJ tuve la oportunidad de asistir a seminarios de Biotecnología Industrial, lo que resultó ser una experiencia enriquecedora. Estos seminarios no solo me mostraron un panorama más amplio de los proyectos científicos que se desarrollan en CIATEJ y otros 38 centros externos, sino que también me permitieron mejorar mis habilidades para presentar, ya que pude observar y analizar distintas exposiciones de avances de proyectos. El presente PAP sobre el aprovechamiento de residuos agroindustriales para cultivos microbianos resultó ser una experiencia complementaria a la que pude aprovechar en verano 2023. Darle continuidad a un proyecto me permitió comprometerme más con el desempeño, desarrollo y resultados de este mismo. Me resultó interesante ver la evolución del proyecto a lo largo de los meses, además del potencial que tiene para futuros proyectos. Además, me parece crucial desarrollar proyectos que planteen soluciones a problemas sociales y ambientales para lograr una economía circular, como el aprovechamiento de las vinazas tequileras y el bagazo de agave. Es así como el PAP no solo me aportó un avance científico personal en un ambiente profesional,sino que adicionalmente me permitió fortalecer mi compromiso social y personal con buscar soluciones innovadoras para lograr la sustentabilidad. Finalmente, cabe resaltar que se amplió mi perspectiva del compromiso por exigir prácticas más responsables y sostenibles que se desarrollan en México como país. Es un llamado de participación para proponer soluciones y lograr en un futuro un cambio para un mejor país, y un mejor mundo. 3.3 Inventario de competencias Inicial (ingreso del PAP) e Inventario de competencias Final (salida al PAP). El Proyecto de Aplicación Profesional (PAP) al ser una experiencia de carácter profesional, brinda la oportunidad ideal de desarrollar competencias, habilidades y actitudes nuevas que contribuyen de manera significativa en el crecimiento personal y profesional. A medida que mi trayectoria académica continua creciendo, he vivido experiencias que me han permitido fromar de una manera más completa mi capacidad de análisis, mi consideración hacia los demás y mi responsabilidad. Una cosa muy importante a considerar en los desarrollos de proyectos es tener un equilibrio entre mi satisfacción personal y detalle, ya que mi enfoque perfeccionista se refleja en la atención al detalle, buscando siempre lograr el mejor desempeño posible. Me resulta enriquecedor enfrentarme a ambientes variados a mi rutina del día a día, lo que me permite tener nuevas perspectivas que atribuyen a mi visión tanto personal como 39 profesional. Para el exitoso desarrollo de este PAP fue necesario analizar las competencias, habilidades y actitudes aprendidas o aplicadas en el PAP de verano 2023 y las que se desarrollaron o potencializaron en este periodo de otoño 2023. Parte de este éxito también se atribuye al trabajo colaborativo con mis asesoras, la Dra. Lorena Amaya y la Dra. Blanca Valdivia, además del trabajo colaborativo realizado en las instalaciones de CIATEJ Unidad Zapopan. Es evidente que el presente PAP amplió mis conocimientos de distintas áreas y tuvo un amplio impacto de aprendizaje reflexivo sobre mi vida, permitiendo así mejorar mis capacidades de enfrentar desafíos, trabajar en equipo y adapatarme a situaciones de constante cambio. Es importante seguir analizando y mejorando estas habilidades, competencias y actitudes a lo largo de la vida, ya que siempre hay enseñanzas en las actividades que realizamos. En la siguiente tabla se presenta un inventario que contrasta las competencias iniciales al comienzo del PAP, aquellas que se adquirieron a través del desarrollo de este proyecto, y, también aquellas que se potencializaron como consecuencia de un trabajo dedicado. Competencia Evidencia Relevancia/ Fortaleza* Competencias nuevas Competencias potencializadas C o n o ci m ie n to s Principios de técnicas de cultivo microbiano en medio sólido. En Laboratorio de Microbiología aprendimos las distintas técnicas de cultivo en placa. Durante mi primer PAP requerí utilizar distintas técnicas de cultivo en la caja de Petri según el paso del proceso para obtener cierto resultado. Al trabajar con microorganismos es necesario tener conocimiento sobre las distintas técnicas de cultivo microbiano en placa según el objetivo que se desea alcanzar. Preparación manual de medios de cultivo Luria y Bennett para crecimiento microbiano. Aprendí más a fondo sobre los componentes de los medios de cultivos. En repetidas ocasiones preparé medios de cultivo Luria y Bennett. Gracias a la práctica y a la teoría adquirida, tengo un mayor dominio de la composición de estos medios. Conteo y selección adecuada de cultivos de microorganismos en placa. En el PAP I aprendí a seleccionar colonias viables de bacterias para su posterior incubación e identificación. Es de suma importancia seleccionar colonias microbianas que no estén contaminadas para poder garantizar el crecimiento adecuado del microorganismo de interés. Reforcé mis conocimientos sobre las colonias microbianas y su cultivo. Después de realizar varios conteos de morfologías de colonias bacterianas, la identificación de colonias fue más sencilla y precisa. Principios del proceso para la identificación de microorganismos por MALDI-TOF. A lo largo de mi primer PAP I, en Verano 2023, tuve la oportunidad de utilizar el equipo MALDI- TOF para identificar bacterias. La identificación de colonias presentes en los cultivos permite monitorear el crecimiento de microorganismos dentro de un cultivo para asegurar el Aprendí a calibrar el equipo MALDI-TOF. Aprendí a preparar la matriz que se le adiciona a las placas de MALDI- TOF. Realicé varias corridas en el MALDI-TOF para la identificación de microorganismos. Preparé en algunas ocasiones la matriz necesaria 40 correcto desarrollo del proyecto. para las lecturas de MALDI-TOF. Tuve la oportunidad de calibrar el equipo MALDI-TOF. Fundamentos de gestión de proyectos. En la asignatura de Ingeniería de Bioproyectos I adquiero conocimientos sobre la correcta planeación, gestión y monitoreo de un proyecto relacionado a la biotecnología. Es importante tener conocimiento sobre el planteamiento de proyectos y procesos que se van a seguir para lograr cierto objetivo como producto. A su vez, es importante analizar los posibles resultados y riesgos que se pueden presentar en el proceso del desarrollo del proyecto. Diseñé junto con la Dra. Lorena Amaya un proyecto biotecnológico que pretende tener un acercamiento a una economía circular. Fue necesario desarrollar el planteamiento del desarrollo del proyecto. Fundamentos de las características de distintos tipos de microorganismos En la materia de Microbiología adquirimos conocimientos sobre las estructuras de distintos tipos de microorganismos a través del uso de microscopio entre otras técnicas. Es necesario conocer los distintos microorganismos y su morfología para identificar de manera correcta los microorganismos presentes, además de conocer sus relativas características para su correcta manipulación. Logré amplicar mis conocimientos sobre distintos microorganismos. Fui capaz de identificar distintas morfologías de colonias microbianas en cajas Petri y bajo el microscopio. H a b il id a d es Seguimiento y respeto de protocolos de confidencialidad de un proyecto. En mi PAP I fue necesario respetar cierta confidencialidad con el proyecto realizado con el centro de investigación Es importante seguir y respetar acuerdos de confidencialidad sin perder claridad al compartir experiencias de lo que se ha realizado y logrado a través del desarrollo del proyecto. Se respetaron en todo momento los acuerdos de confidencialidad. Fue necesario cumplir con acuerdos de confidencialidad en los procesos y en ciertos resultados del proyecto. Planteamiento y validación de hipótesis. A lo largo de la carrera hemos tenido que desarrollar hipótesis sobre el desarrollo de experimentos y proyectos, donde ha sido necesario comprobar y argumentar el fundamento y desarrollo de estas. A la hora de analizar y realizar un proyecto es necesario plantear hipótesis para saber qué es lo que se está buscando a través del desarrollo y la conclusión de dicho proyecto. Se plantea una hipótesis para tener una idea sobre el resultado esperado y se busca validar si es verdadera a través de la investigación y experimentación. Se plantearon objetivos concretos para el desarrollo del PAP. Correcta comunicación de riesgos. A la hora de realizar procedimientos en laboratorios, siempre Es importante
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