Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / La enorme demanda energética que es necesaria para satisfacer las necesidades socio-económicas tanto en Chile como a nivel mundial ha planteado un gran desafío debido a que la principal fuente para la generación de energía proviene de los combustibles de origen fósil, que además de estar agotándose han generado un gran impacto ambiental. Esto a llevando a la búsqueda de nuevas formas energéticas. Entre estas, el hidrógeno molecular (H2) producido por medios biológicos es considerada la forma de energía más prometedora, económica y con menor impacto ambiental. Se han reportado varias bacterias mesófilas capaces de realizar este tipo de proceso, entre ellas se encuentra Escherichia coli, Clostridium sp. y Enterobacter sp. Si bien la producción de bioH2 es la más prometedora y sustentable, el rendimiento de este proceso es bajo debido principalmente a la producción de otros metabolitos celulares en perjuicio de la generación de bioH2. De las bacterias mesófilas capaces de producir bioH2 , la especie E. aerogenes ha sido una de las más estudiadas y se ha utilizado recientemente como modelo de estudio para producción de diversos compuestos o moléculas de importancia industrial y científica. Esta bacteria es capaz de generar bioH2 a través de dos vías: i) a través de la vía del formato, la cual presenta un rendimiento teórico de 2 moles de H2 por mol de sustrato y ii) la vía del NADH, que tiene un rendimiento teórico de 4 moles de H2 por mol de sustrato. Sin embargo, estas vías no están estudiadas ni caracterizadas en su totalidad en E. aerogenes y poco se sabe de su mecanismo de reacción o los genes relacionados. En esta tesis se examinó la presencia de las vías de producción de bioH2 en una cepa de E. aerogenes, denominada en nuestro laboratorio como 2F. La aproximación bioinformática realizada con el genoma de la cepa comercial KCTC 2190 demostró que esta cepa de E. aerogenes posee una [Ni-Fe]-hidrogenasa representada por la hidrogenasa-3 (Hyd-3) presente en el complejo proteico Formato Hidrógeno Liasa (FHL) encargada de generar bioH2 por la vía del formato. Junto con lo anterior, la búsqueda experimental con partidores que poseen ambigüedad nucleotídica sugiere que Hyd-3 es la única hidrogenasa presente en la cepa E. aerogenes de nuestro laboratorio, no encontrando evidencia de la existencia de otras [Ni-Fe]-hidrogenasas así como de [Fe-Fe]- hidrogenasas. Las fermentaciones realizadas con E. aerogenes 2F demuestran que el complejo proteico FHL es el principal encargado de la generación de bioH2 a través de la vía del formato, logrando una producción de 2.66 mmol de H2 por peso seco de células. Junto con lo anterior, se justifica la existencia de otro tipo de hidrogenasa independiente de formato, que no mostraría relación con el aumento de NADH intracelular. Por otro lado, el análisis de los resultados de las mutaciones, cuyo objetivo era aumentar los niveles de NADH, demuestran que su aumento produce un incremento en la producción de bioH2 sugiriendo una relación no descrita hasta el momento entre NADH y Hyd-3 (3.69 mmoles de bioH2 por gramo de célula). El análisis del balance energético y de carbonos junto con la reconstrucción de las vías metabólicas centrales muestran que el desbalance energético, generado por la eliminación de genes, promueve la activación de otras vías celulares con el objetivo de restaurar este desbalance. De esta forma se produce una activación de vías anapleróticas y el incremento en la producción principalmente de acetato y etanol (0.31 y 1.67 moles de metabolito por mol de glucosa, respectivamente). El estudio realizado con hidrolizado de paja de trigo, como sustrato renovable primario, demuestra que con el uso de pretratamientos alcalinos de 1 % y 2 % de NaOH, junto con el alcalino con peróxido de hidrógeno (H2O2 ) al 1.5 % se obtienen los mejores rendimiento de mmoles de bioH2 por gramo de célula (3.06, 2.97, 2.50, respectivamente).

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero de la Madera / El proceso de blanqueo de pastas celulosicas persigue eliminar y/o modificar la lignina residual presente en las pulpas una vez finalizada la cocción. Para su desarrollo se emplean distintos reactivos químicos, entre los cuales se cuentan, en muchos casos, el cloro ó derivados de éste, como el dióxido de cloro y el hipoclorito de sodio. El empleo de estos reactivos conlleva la formación de compuestos organoclorados (cloroligninas), los que presentan una alta toxicidad y son bioacumulables. En el presente trabajo se investigó la posibilidad de emplear una enzima lacasa, de origen industrial, como primera etapa de deslignificación de pasta Kraft de Eucaliptus globulus (Labill), a fin de desminuir el empleo de reactivos químicos durante la etapa de blanqueo. En el estudio se empleó la enzima lacasa NS-51003, producida por la empresa NOVOZYMES. Esta enzima fue aplicada a una pasta Kraft cruda de Eucaliptus globulus proporcionada por la empresa Celulosa Arauco y Constitución S.A., planta LICANTEN.

Doctor en Ingeniería de Minas / La flotación es el proceso que consume más agua dentro de la mina. Debido a la escasez de agua que afecta actualmente a la zona centro y norte de Chile, algunas empresas mineras han empezado a usar agua de mar en la flotación. En los depósitos de cobre y molibdeno es usual encontrar cantidades considerables de pirita (FeS2). Cuando este tipo de minerales se procesa mediante flotación, la pirita es deprimida utilizando cal para aumentar el pH a condiciones alcalinas (pH 10 - 12). El pH natural del agua de mar está entre 7.8 y 8.2 y actúa como una solución buffer. Por esta razón, el consumo de cal aumenta dramáticamente cuando se usa agua de mar en el proceso de flotación. Además, la recuperación de molibdenita se ve afectada a pH>9.5 debido a la precipitación de iones secundarios (magnesio, sulfato, calcio y bicarbonato) presentes en el agua de mar sobre la superficie mineral. En el presente trabajo se evaluó el uso de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans como depresante de pirita en reemplazo de la cal en la flotación con agua de mar. Además, para tener un mayor entendimiento de los mecanismos envueltos en la depresión de la pirita con A. ferrooxidans, se realizaron experimentos de cinética de adherencia, ángulo de contacto y se evaluó el efecto de la secuencia de acondicionamiento con colector y bacterias. Se realizaron bioflotaciones de minerales puros en una celda Hallimond utilizando agua fresca, agua con 35 g/l de NaCl (concentración de sal en el agua de mar) y agua de mar. Se determinó que la recuperación de pirita es fuertemente afectada con la presencia de A. ferrooxidans en los tres tipos de agua estudiados. Cuando se realiza un acondicionamiento previo con A. ferrooxidans, la recuperación de pirita cae desde valores cercanos a 100% hasta 24% en agua fresca, 34% en agua con NaCl y 36% en agua de mar a pH 8. Por otro lado, se determinó que la bacteria tiene un efecto despreciable en la flotabilidad de calcopirita y molibdenita, obteniendo recuperaciones siempre sobre el 90%. Se determinó que las bacterias tienen un mejor desempeño como depresante cuando se agregan antes del colector. Los resultados muestran que es posible deprimir selectivamente pirita con A. ferrooxidans en agua de mar a pH natural. / Este trabajo ha sido financiado por AMTC y CODELCO

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mención Química / Memoría para optar al título de Ingeniero Civil en Biotecnología / La matriz productiva chilena se basa principalmente en la explotación y exportación de recursos naturales con bajo valor agregado, situación que hasta la fecha no ha sido revertida a pesar de las ya diagnosticadas y conocidas desventajas que esto significa para el desarrollo. La aplicación de la biotecnología se ha proyectado como una alternativa para aportar en la sofisticación y diversificación tecnológica de la economía nacional, lo cual también favorece la transición hacia un modelo de desarrollo más sostenible. Sin embargo, el potencial de la biotecnología nacional no ha sido aprovechado a pesar de contar con aplicaciones pertinentes a todos los sectores económicos estratégicos del país. Por esta razón, este estudio busca aportar en la identificación de las principales brechas que han limitado su desarrollo y proponer líneas de acción para superarlas. El Sistema de Innovación Biotecnológico (SIB) nacional, es decir, el conjunto de instituciones, actores, redes y aplicaciones que delimitan el desarrollo de la disciplina, consiste en alrededor de 256 entidades del sector privado y la sociedad civil junto a 8 instituciones públicas distribuidas en 5 ministerios. Este creciente número de entidades se concentra principalmente en la Región Metropolitana, seguida por las regiones de Valparaíso y la del Biobío. Su desarrollo se distribuye actualmente entre la biomedicina (39%), recursos naturales (34%) y su aplicación industrial (26%). Su desarrollo ha sido impulsado principalmente por el Estado de Chile a través de programas, subsidios y un marco normativo inicial que permitió crear el ecosistema biotecnológico actual, creando consorcios tecnológicos asociados a los sectores estratégicos y con la emergencia de nuevos actores, quienes se han enfocado más hacia la biomedicina con el paso del tiempo. Esto ha permitido adquirir experiencia por medio del emprendimiento y la creación de conocimiento. Sin embargo, no ha logrado tener resultados relevantes en el mercado. Las principales debilidades del SIB son el alto grado de atomización, centralización y la ausencia de un espacio articulador y representativo que permita que el ecosistema se comprenda a sí mismo, que se fortalezca a través de la colaboración y traspaso de aprendizajes entre sus distintos actores y que sea capaz de presionar a las autoridades para impulsar con mayor intensidad su desarrollo. Por otro lado, la perseverancia de las mismas lógicas de crecimiento económico, la baja inversión pública y privada en I+D, el excesivo enfoque neutral para la asignación de recursos orientados a la investigación y al fomento de la producción, junto a la débil institucionalidad medioambiental y de ciencia, tecnología e innovación han perjudicado el desarrollo exitoso del SIB. Además, el alto nivel de desinformación de la ciudadanía en estos temas dificulta la legitimidad de la biotecnología. Se proponen una serie de líneas de acción que buscan superar estas brechas, las cuales fueron analizadas con el caso de retomar la producción local de vacunas en Chile. Este análisis sirve como un primer esfuerzo por ratificar la efectividad del marco teórico utilizado y de los resultados encontrados, los cuales se pueden utilizar como una guía para la elaboración de políticas públicas enfocadas en el desarrollo estratégico de la biotecnología nacional.

Tesis para optar al grado de Doctora en Ciencias de la Ingeniería Mención Ingeniería Química y Biotecnología / Salinosporamide A is a cytotoxic that has been proven to combat various types of cancer and malaria. It is currently in phases II and III of approval as an anticarcinogen. The advantages that poses over other cytotoxics are greater activity at low concentrations and highly specific. It acts on the proteasome-ubiquitin system, responsible of apoptosis in cells. This secondary metabolite is naturally ocurred in the actinomycetes bacterium strictly marine, Salinispora tropica that needs a specific ionic force in the medium to grow. Due to his nature it is a promisory source of secondary metabolites for pharmaceutical use hereby is constantly studied. The CNB440 strain is the representative strain of the species and posses a Genome-Scale Metabolic Model (GSM). The goal of this work was to implement diverse metabolic and genetic strategies that allow improve the production of Salinosporamide A. Chapter 4 of this thesis details the proves to establish the protocols for growth and determination of Salinosporamide A, Define the sensitivity of bacteria to kanamycin (100 ug/ml), thiostreptone (12 µg/ml) and apramycin (12 µg/ml). The growth curves in several minimum mediums, and stablish the methodology for the determination of Salinosporamide A. Chapter 5 describes the genetic strategy used to modify the bacterium and generate a higher concentration of Salinosporamide A. The strategy followed was by recombination homologous with the temperature sensitive vector (pGM1190) and transferred to S. tropica by conjugation with the strain E. coli ET12567/pUZ8002, to delete specific sites on the chromosome of S. tropica. These molecular tools have been successfully used in the transformation of various Streptomyces, but had not been tested in Salinispora. The sites suggested to be deletedto increase the production of the secondary metabolite were 3 clusters of genes sporolides, lymphostine and salinilactam. But due to various complications in the development of the present work only the deletion of the sporolide gene cluster was evaluated and this resulted in an increase of 20% in metabolite production. Chapter 6 details the use of genome-scale metabolic model iCC908 for increase the production of Salinosporamide A. The first stage consisted in establishing the working environment of the model, to increase the accuracy of the model, integrated growth data, metabolites in medium production and determination of Salinosporamide A, with this was also able define in silico the supplementation of medium production, to obtain more Salinosporamide A. . The second stage consisted of applying different algorithms OptKnock, OptGene, OptOrf, GDLS, FSEOF, which browse reactions or genes within the genome-scale model that could be, deleted, blocked or overexpressed to increase the production of the secondary metabolite. We found several candidates that were evaluated in silico and we proposed to evaluate the deletion of two genes. As the last stage, were evaluated the metabolic pathways that increase production by gene overexpression. The evaluation of this metabolic pathways consist in add diverse substrates that increase the flow in the pathway of the gene to be overexpresed, tyrosine at a concentration of 5mM increase the production of the secondary metabolite Salinosporamide A by 180%, enhancing the presence of phenylalanine in the medium. With these results it was possible to obtain a medium production that increased in 2.8 times Salinosporamide A by fermentation based on the use of the genome-scale metabolic model. And also was possible transform the strain S. tropica with genetic tools previously proved in Streptomyces.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Biotecnología / Este trabajo de título es motivado por la búsqueda de nuevos anticancerígenos y antibióticos provenientes de microorganismos de ambientes naturales y extremos, como los provenientes del Desierto de Atacama. Por lo cual, se busca optimizar el crecimiento celular de cepas de Streptomyces del Salar de Tara, maximizando su biomasa final y minimizando su tiempo de crecimiento. Además, realizar una reflexión ética sobre los alcances del trabajo realizado y su relación con la ética profesional. En la metodología a emplear, en primer lugar, se buscó corroborar el comportamiento alcalífilo de estas cepas y probar una fuente de carbono alternativa al almidón. Luego, se realizaron pruebas para encontrar el pH y T° óptimos, para después determinar la cinética del microrganismo en estas condiciones. Posteriormente, se escaló el cultivo a un biorreactor de un 1 L, realizando en 1° lugar una fermentación controlando la T° y agitación, para luego realizar un segundo cultivo manteniendo constante el pH del medio. Además, se realizó una discusión ética mediante un marco conceptual, abordando las características de la actividad tecnocientífica desde el autor Javier Echeverría y el principio de responsabilidad de Hans Jonas, como el Principio Precautorio de la UNESCO, la Declaración de Singapur y un análisis de los fines de la actividad profesional. Los resultados del trabajo permiten corroborar que las cepas del Salar de Tara presentan un crecimiento alcalífilo, como también, que el almidón es una mejor fuente de carbono frente a la glucosa. Para los estudios posteriores se trabajó con la cepa más prometedora, desde un punto de vista terapéutico, la ST2-7A. Se encontró el pH y la T° óptima, siendo 10 y 33°C, respectivamente. Al escalar a un biorreactor de 1 L se redujo la fase exponencial de 12 a 3 horas, un aumento de 10 veces de la tasa máxima de crecimiento y un incremento de un 99% de la biomasa al llegar al estado estacionario, frente a las mismas condiciones en un volumen menor. Al controlar el pH se inhibió el crecimiento celular, teniendo una biomasa final un 45% menor frente al caso anterior. Además, se reflexiona sobre los alcances del trabajo realizado, reconociendo a la biotecnología como una actividad tecnocientífica, planteando la problemática de encontrar nuevos compuestos con fines terapéuticos provenientes un ambiente natural. Realizando así un análisis desde el principio de responsabilidad y su extensión a uno axiológico, como la necesidad de incorporar en los fines de la actividad profesional, de científicos e ingenieros, el principio de responsabilidad en un marco axiológico de la acción tecnocientífica. De esta forma, se propone seguir investigando el mejor pH para el cultivo y seguir añadiendo variables al control de este, como sería encontrar la agitación y la presión de oxígeno óptimas, además de estudiar las fases posteriores del proceso de crecimiento.

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