The black sea urchin Arbacia lixula (Linnaeus, 1758) is one of the most abundant sea urchins in the Mediterranean. Despite its increasingly recognized ecological significance, including the ability to create and maintain barren zones of decreased diversity and productivity, it has been traditionally less studied than the Atlanto-Mediterranean edible sea urchin Paracentrotus lividus. This thesis is aimed at studying the factors affecting the phylogeography, trophic ecology and biology of the black sea urchin A. lixula in Mediterranean ecosystems, in order to assess its ecological role and its possible future impact in benthic communities. We studied the phylogeography, the trophic relationships, the reproductive cycle and the effects of temperature and ocean acidification on larval development of A. lixula. Our phylogeographical study, based in the mitochondrial marker COI, found evidences of a relatively recent (94 – 205 kya) colonization of the Mediterranean by A. lixula. Our trophic study, using stable isotopes and gut contents analyses, showed that A. lixula is an omnivore tending to carnivory, feeding mainly on sessile invertebrates. This results challenge the previous belief that A. lixula was an herbivorous grazer of encrusting coralline algae. The results of the reproductive cycle study, followed up during four consecutive years, showed that the reproductive timing of A. lixula is regulated by photoperiod, while temperature is a main modulator of its gonad development and thus of its reproductive output. The study of larval development in different conditions of temperature and pH showed that temperature increases accelerated the development and enhanced the larval survival rate, while acidification caused only slight effects in its survival, developmental rate and larval morphology. Considering all these new results about the past history and ecological characteristics of A. lixula, we conclude that this thermophilous species of tropical affinities is probably facing suboptimal conditions in northern Mediterranean. Its populations in this region may be promoted by global change, since the current warming trend would eventually enhance the processes which are limiting its populations. Thus, the negative impact of A. lixula on the Mediterranean coastal ecosystems may be increased in the future. / El erizo de mar negro Arbacia lixula (Linnaeus, 1758) es, en la actualidad, uno de los equinoideos más abundantes en el Mediterráneo. A pesar de que su importancia ecológica está siendo cada vez más documentada, incluyendo su capacidad para originar y mantener zonas de blanquizal, de diversidad y productividad disminuidas, A. lixula ha sido tradicionalmente menos estudiado que otras especies atlanto-mediterráneas, como el erizo de mar común, Paracentrotus lividus. Esta tesis tiene por objeto el estudio de los factores que afectan a la filogeografía, la ecología trófica y la biología de A. lixula en los ecosistemas mediterráneos, con el fin de investigar su papel ecológico y su potencial impacto futuro en las comunidades bentónicas. Se estudiaron la filogeografía, las relaciones tróficas, el ciclo reproductor y los efectos de la temperatura y de la acidificación del océano en el desarrollo larvario de A. lixula. Nuestro estudio filogeográfico, basado en el marcador mitocondrial COI, mostró evidencias de que A. lixula colonizó el Mediterráneo en tiempos relativamente recientes (hace entre 94,000 y 205,000 años). El estudio de ecología trófica, empleando análisis de isótopos estables y de contenidos digestivos, demostró que A. lixula tiene un comportamiento omnívoro con tendencia a la carnivoría, alimentándose, sobre todo, de invertebrados sésiles. Esto contradice las creencias previas que suponían que esta especie era un herbívoro que se alimentaba de algas coralináceas incrustantes. El estudio de la biología reproductiva de A. lixula, realizado a lo largo de cuatro años consecutivos, mostró que el curso temporal de su ciclo gonadal está regulado por el fotoperíodo, mientras que la temperatura es un importante modulador de su desarrollo gonadal y de su producción de gametos. El estudio del desarrollo larvario, utilizando diferentes condiciones de temperatura y pH, mostró que el aumento de temperatura produce una aceleración en el crecimiento y un aumento en la tasa de supervivencia larvaria, mientras que la acidificación causa sólo efectos menores en la tasa de supervivencia, la velocidad de desarrollo y la morfología larvaria. Considerando estos nuevos resultados sobre la historia evolutiva y las características ecológicas de A. lixula, podemos concluir que esta especie de afinidades tropicales se encuentra, probablemente, sometida en la actualidad a condiciones por debajo de las óptimas en el Mediterráneo septentrional. Sus poblaciones en esta región podrían verse favorecidas por el cambio global, ya que la tendencia al calentamiento actual posiblemente favorecerá, en el futuro, los procesos que están limitando sus poblaciones en la actualidad. Así, el impacto negativo de A. lixula en los ecosistemas costeros mediterráneos podría incrementarse en el futuro.

Molecular materials have raised much interest in the last decades in the quest for new multifunctional devices. Among the multiple properties that those materials may present, one of the most typical is magnetism, which arises from the presence of unpaired electrons in the molecules that constitute the three-dimensional crystal. Magnetism has a macroscopic observable, the magnetic susceptibility (Ji), which is usually rationalized in terms of a set of JAB magnetic interactions between pairs of molecules. However, any experimental technique allows for such direct correspondence and, thus, the experimental interpretation of the magnetic properties usually requires further analysis from the point of view of computational chemistry. Consequently, the present PhD thesis is a contribution to the computational modeling of molecule-based magnetic materials. Specifically, we describe how the tools of computational chemistry may be used in order to study those materials from different perspectives. With this aim in mind, we have applied computational chemistry techniques to rationalize the magnetic properties of several systems of interest, ranging from metal-organic compounds, based on Cu(II), to pure organic radicals based on the DTA and Benzotriazinyl building blocks, and including compounds based on the metal-radical synthetic approach, and also spin crossover materials based on Fe(II). Along the thesis we have demonstrated that computational chemistry is a helpful discipline, capable to aid in the interpretation of experimental results and in the prediction of interesting properties, especially when working in close collaboration with experimentalists. In particular, the First Principles Bottom-Up (FPBU) procedure, extensively developed in our group, is a useful tool to rationalize the magnetic properties of any molecular magnetic material. To this purpose, the magnetic topology (i.e. the network of JAB within the crystal) is the key element. Regarding the magnetic topology, we have also demonstrated that it can be more intricate and complex than expected, and that it cannot be directly inferred from the coordination pattern of the molecule-based material. Therefore, the experimental assignation of the magnetic topology, by means of a fitting procedure, must be taken with caution. About the JAB values, we have proved that they depend on temperature, and that this dependence may be especially important when working with organic radicals. On this class of materials, we have analyzed how the JAB values evolve with time, and seen that this evolution may involve huge fluctuations of their magnitude as a consequence of the thermal motion at finite temperatures. Interestingly, we demonstrate herein that, when the JAB values depend non-linearly with the thermal vibrations of a material, the standard static perspective of magnetism is not valid to fully understand their magnetic properties, and that it is then required to adopt a dynamic perspective. Regarding the computational modeling of JAB values, we have seen that the combination of UB3LYP and the Broken-Symmetry approach yields JAB values, when transformed into the macroscopic observables, are in good agreement with experiment. In fact, we have demonstrated that, in order to predict the strength of a given JAB value, small distortions in the crystal structure can induce large variations, which may be much more important than the intrinsic error associated with the theoretical method employed. We have also observed that the counterions and diamagnetic ligands may have an important effect in defining the magnetic properties of a system. Overall, we have demonstrated that the magnetic topology and, thus, the macroscopic magnetic properties of a given material, cannot be understood without the proper knowledge of their crystal structure. / Els materials moleculars han despertat molt d'interès en les últimes dècades degut a la seva possible aplicació en nous dispositius multifuncionals. Entre les diferents propietats que aquests materials poden presentar, una de les més típiques és el magnetisme, el qual sorgeix de la presència d’electrons desaparellats en les molècules que constitueixen el cristall tridimensional. El magnetisme té un observable macroscòpic, la susceptibilitat magnètica (Ji), que sol ser racionalitzada en termes microscòpics mitjançant el conjunt d'interaccions magnètiques JAB entre determinats parells de molècules. No obstant això, cap tècnica experimental permet aquesta correspondència directa i, per tant, la interpretació experimental de les propietats magnètiques sol requerir d’un posterior anàlisi des del punt de vista de la química computacional. La present tesi doctoral pretén doncs contribuir en el camp del magnetisme molecular i, més concretament, en com es poden utilitzar les eines de la química computacional per a modelitzar materials magnètics moleculars des de diferents perspectives. Amb aquest objectiu en ment, s’han racionalitzat les propietats magnètiques de diversos sistemes d'interès, que van des de compostos metal•lorgànics basats en ions de Cu(II) o de Co(II), radicals orgànics purs, compostos basats en l’estratègia sintètica de “metall-radical”, i finalment també materials de spin crossover basats en Fe(II). Al llarg de la tesi s'ha demostrat que la química computacional és una disciplina útil, capaç d'ajudar a la interpretació dels resultats experimentals i en la predicció de propietats interessants, especialment quan es treballa en estreta col•laboració amb els experimentadors. En particular, el procediment de primers principis Bottom-Up (FPBU, per les seves sigles en anglès), desenvolupat àmpliament en el nostre grup, és una eina útil per racionalitzar les propietats magnètiques de qualsevol material magnètic molecular. Per a aquest propòsit, la topologia magnètica (és a dir, la xarxa de JAB dins del cristall) és l'element clau. A més, hem analitzat diversos factors que afecten aquesta topologia magnètica, com els contraions, els radicals diamagnètics o l’efecte de la temperatura, mitjançant el la seva manifestació en les vibracions del cristall i en la contracció (expansió) que pateix al refredar-se (escalfar-se).

Nowadays in the world there is a very big problem associated with two factors related to each other. The first factor is the increase in the resistant of certain bacteria, especially the bacteria from the ESKPAE group. The second factor is the dramatically decrease of new antibiotics approved by the FDA. These two problems show that there is an urgent need to find new antibiotics active against these resistant bacteria. In this thesis, we have tackled two different topics closely related in the race to find new antimicrobials. The first topic tackled was the knowledge of the mechanism of resistance of Gram-negative (A. nosocomialis) and Gram-positive (S. mitis) bacteria. The two antibiotics studied were peptides, colistin and daptomicin, these two peptides are resistant to A. nosocomialis and S. mitis, respectively. Both peptides had a similar mechanism of action related to the membrane of bacteria, therefore we are going to focus just in the modifications in the membrane of the strains resistant to the antibiotic peptides. In S. mitis it was observed, using proteomic techniques, that two proteins related with the membrane were observed. These two proteins has some homologue domains to several proteins involved in daptomycin resistant in S. aureus and Enterococci. In A. nosocomialis, the bacteria showed a high tolerance to colistin, and at 8 mg/L an inflexion point is observed. In this inflexion point, the MIC of colistin, against bacteria increase from <0.1 mg/L to 128 mg/L. These bacteria with high resistance to colistin showed no production of LPS due to the fact that mutations and a stop codon in lpxD gene were observed. This gene is involved in the synthetic pathway of the LPS. Apart from the understanding of the mechanism of action of peptide antibiotics, we have proposed several peptides and peptidomimetics against Acinetobacter species. We have used two different approaches. The first approach is the normal approach, testing several peptides or peptidomimetics against the desired bacteria. The first peptides tested were commercially available, and we found mastoparan that was active against both colistin-susceptible and colistin-resistant A. baumannii. This peptide was optimized specially in terms of stability in human serum. After several in vivo trials we did not observe any activity of the peptides tested, however we found a very strong bindoing with some proteins present in the human serum. Frog skin secretions peptides were also tested against colistin-susceptible and colistin-resistant Acinetobacter species, the results obtained were really interesting specially in two peptides. The last peptides tested were peptidomimetics. These peptidomimetics act as an antimicrobial peptide, with two different faces, one face with a cation charge and the other very amphipathic. These peptidomimetics are analogues from the original structure of cholic acid, the structure was modified in order to have antibacterial activity that was found in colistin-susceptible and colistin-resistant A. baumannii, K. pneumonia and P. aeruginosa. The second approach was completely different, in this case the idea was to block the virulence of bacteria caused by OmpA. This protein is involved in the adherence between bacteria and host cells, therefore several hexacylcic peptides were synthesized in order to inhibit the action of this protein. The results obtained were satisfactory, obtaining good activity in both in vitro and in vivo. / Actualment al mon hi ha un greu problema derivat de dos factors relacionats, el primer factor es el increment de la resistència, especialment del bacteris del grup ESKAPE. El segon factor es la disminució dràstica en el nombre d’antibiòtics aprovats per la FDA. Aquests dos problemes fan que hi hagi una urgència per trobar nous antimicrobians efectius en front d’aquestes soques resistents. En aquesta tesi hem abordat dos temes diferents però que estan relacionats a la hora de trobar nous antibiòtics. El primer tema abordat es el de conèixer a fons els mecanismes de resistència de certs antibiòtics, en aquest cas peptídics, en front diferents tipus de soques tant Gram-positives (S. mitis) com Gram-negatives (A. nosocomialis). Els dos antibiòtics peptídics pels que s’ha estudiat la resistència son daptomicina i colistina, en front de S. mitis i A. nosocomialis respectivament. Ambdós pèptids actuen a nivell de membrana, per tant ens centrarem en veure les modificacions produïdes en els soques resistents. Per part de S. mitis resistent a daptomicina, es pot veure una sobreexpressió de dues proteïnes que tenen dominis homòlegs amb altres proteïnes involucrades en la resistència a daptomicina en altres bacteris. En la resistència a colistina es pot apreciar com les soques resistents d’A. nosocomialis presenten una deficiència del LPS. També hem proposat diferents alternatives com a nous antibiòtics, en aquest cas en front de soques A. baumannii. Dos tipus d’aproximacions van ser utilitzades, la primera, i mes clàssica es la de trobar nous antimicrobians, vàrem trobar mastoparan i va diferents paràmetres van ser optimitzat però sense obtindré bons resultats in vivo. També es van provar diferents pèptids provinents de les secrecions de les granotes, presentant bona activitat en front soques d’Acinetobacter, i per últim, les ceragenines, anàlegs del àcid cólic, que tenen bona activitat en front de totes les soques tant colistina sensibles com colistina resistents en Gram-negatius. La segona aproximació es buscant pèptids capaços d’inhibir l’adherència entre el bacteri i la cèl•lula del hoste bloquejant l’acció de la proteïna OmpA. S’ha trobat un pèptid amb bona activitat fins i tot in vivo.

Nanomaterials have received increasing attention during the last decades in the solid state field since they play a major role as catalyst and catalyst supports for many applications including fuel cells or gas sensors. The interest is mainly due to their high specific surface area, which leads to an increase of performance and a cost-effective solution for expensive or rare materials. However, many studies have reported the collapse of nanostructures at high temperature as one of the main drawbacks for their implementation in real devices and therefore, routes to thermally stabilize these materials must be explored. In this thesis, the unique features of ordered mesoporous materials fabricated by nanocasting are exploited to create quasi-universal thermal stabilization methodologies, allowing implementing and evaluating them in high temperature energy applications e.g. solid oxide fuel cells. The work developed is divided into seven parts. The first chapter introduces the basics of mesoporous materials, solid oxide fuel cells, catalysis and gas sensors. The second chapter focuses on the experimental procedures and the characterization tools employed. In the third chapter, a novel route to thermally stabilize 3-D open mesoporous structures is presented. The next three chapters, show the fabrication and evaluation of thermal stable mesoporous materials as electrodes for solid oxide fuel cells. Finally, chapter seven presents the suitability of mesoporous ceramic oxides as functional materials in humidity sensors. / Los nano-materiales han recibido especial atención durante estas últimas décadas en el campo del estado sólido dado el importante papel que desempeñan como catalizadores y/o soportes catalíticos en diversas aplicaciones, tales como las pilas de combustible o los sensores de gas. Este interés se debe principalmente a su elevada área específica, que da lugar a una mejora del rendimiento y es una solución efectiva para aquellas aplicaciones que requieran materiales de elevado coste. Sin embargo tal y como señalan muchos estudios, el colapso de estas nano-estructuras a elevadas temperaturas es uno de los mayores inconvenientes para su implementación en dispositivos reales, siendo por tanto necesario explorar nuevas rutas que consigan estabilizar estos materiales térmicamente. El objetivo de la presente tesis es desarrollar metodologías cuasi-universales de estabilización térmica, mediante la explotación de las características exclusivas que poseen los materiales mesoporosos ordenados fabricados a partir de un template. Lo cual nos permite implementarlos y evaluarlos en aplicaciones energéticas que operan a elevada temperatura p.ej. pilas de combustible de óxido sólido. El trabajo desarrollado se divide en siete partes. El primer capítulo introduce los fundamentos de los materiales mesoporosos, las pilas de combustible de óxido sólido, la catálisis y los sensores de gas. En el segundo capítulo se detallan los procedimientos experimentales y las técnicas de caracterización empleados. El tercer capítulo presenta una nueva metodología para estabilizar térmicamente los materiales mesoporosos de estructura 3-D abierta. Los siguientes tres capítulos, muestran la fabricación y el comportamiento electroquímico de materiales mesoporosos térmicamente estables trabajando como electrodos de pilas de combustible de óxido sólido. Por último, en el capítulo siete se demuestra la viabilidad de los óxidos cerámicos mesoporosos como materiales funcionales en sensores de humedad.

Al llarg d'aquesta tesi es presenten diferents metodologies originals basades en l'addició enantioselectiva de diorganozincs sobre aldehids catalitzada per &#946;-aminoalcohols, desenvolupats amb anterioritat en el nostre grup de recerca. S'obtenen d'aquesta manera alcohols quirals, que són substàncies d'alt interès sintètic, amb elevades enantioselectivitats i molt bons rendiments químics.En concret, s'aconsegueix el desenvolupament d'un mètode altament eficaç per a l'addició de Et[sub2]Zn a aldehids propargílics mitjançant la transformació del triple enllaç en el corresponent complex de dicobalthexacarbonil. La reacció d'addició de l'organometàl·lic i la posterior desprotecció oxidativa amb nitrat cèric amònic permet l'obtenció de l'alcohol propargílic amb excel·lents enantioselectivitats. S'ha comprovat que aquest darrer procés transcorre sense pèrdua de l'enantioselectivitat en el producte i aprofitant aquesta metodologia, s'ha dissenyat una síntesi formal de l'enantiòmer del producte natural incrustoporina.S'ha dedicat un gran esforç a l'optimització de l'addició de Ph[sub2]Zn a aldehids, transformació que pot tenir lloc en absència de catalitzador. L'addició de diarilzincs sobre aldehids aromàtics ens porta a l'obtenció de diarilcarbinols que són substàncies importants per a la síntesi de productes d'interès farmacològic. En primer lloc, es realitzà un estudi en condicions d'alta dilució, obtenint resultats moderats, i tot seguit es realitzà l'estudi en presència d'excés de Et[sub2]Zn, obtenint bones conversions i excel·lents enantioselectivitats fins i tot utilitzant quantitats molt baixes de l'(R)-2-piperidino-1,1,2-trifeniletanol com a catalitzador de la reacció. Aquesta metodologia es basa en l'ús d'espècies modificades de zinc formades in situ en mesclar difenilzinc i dietilzinc (1:2) i s'ha aplicat a una àmplia gamma d'aldehids amb gran èxit. S'ha analitzat la dependència de l'enantioselectivitat d'aquest procés amb la temperatura de reacció. La monitorització d'aquest procés per React-IR, seguint la desaparició per IR del pic característic del carbonil de l'aldehid, ha permès comparar les velocitats d'addició de les diferents espècies d'organozinc, en presència i en absència de catalitzador i ha permès aprofundir en el coneixement del mecanisme d'aquesta reacció. Per primer cop, s'ha realitzat un estudi teòric del mecanisme de reacció i també s'han obtingut excel·lents resultats a l'utilitzar un anàleg del mateix lligand ancorat en suport polimèric. En l'estudi de la reacció d'addició de Ph[sub2]Zn sobre trimetil-cetones i trifluoro-cetones els resultats obtinguts no han estat els esperats.Finalment, també s'explora l'addició enantioselectiva de Me2Zn catalitzada per l'(R)-2-piperidino-1,1,2-trifeniletanol sobre el benzaldehid i l'heptanal obtenint enantioselectivitats molt bones i moderades, respectivament i altes conversions i s'ha estudiat l'efecte de l'ús d'additius en aquesta reacció.

El selenio es un elemento considerado esencial y a la vez tóxico para el organismo humano. Para establecer una correlación con la biodisponibilidad del elemento in vivo, se pueden emplear diversos métodos de bioaccesibilidad in vitro que simulen condiciones de digestión. De entre los métodos in vitro utilizados en la literatura, el método Physiologically Based Extraction Test (PBET) es uno de los métodos más sencillos y más ampliamente utilizado. La mayor parte del presente trabajo ha tratado sobre los estudios de bioaccesibilidad de selenio basados en el consumo de vegetales comestibles. Para determinar el contenido de Se en los vegetales, se diseñaron diferentes sistemas de crecimiento con condiciones controladas. En este estudio, las plantas comestibles (3 tipos de brotes y 9 tipos de vegetales) se cultivaron en dos medios suplementados (hidropónico y turba, respectivamente) para obtener plantas con un contenido de Se similar a aquéllas que crecen en zonas con una concentración de Se elevada. Para ello, se utilizaron suplementos de sales solubles de Se y el aditivo Selcote Ultra ®. Otra parte del estudio ha sido sobre la bioaccesibilidad de selenio en suelos. En el presente estudio los suelos analizados fueron procedentes del suroeste de los Estados Unidos y su contenido natural fue de 6,8 ± 0,1 mg kg - 1 y 7,6 ± 0,2 mg kg - 1. Durante el presente estudio, el contenido total de selenio y la concentración de las especies de selenio se determinaron en los diferentes materiales utilizando diversas técnicas y procedimientos. Respecto al medio hidropónico, se comprobó que el Se (VI) era más fácilmente absorbido por las plantas que la especie de Se (IV). Respecto a la determinación de Se total se observó que todos los vegetales estudiados absorbieron más cantidad de selenio a medida que aumentaba la concentración de este elemento en el medio fortificado con sales solubles, apareciendo síntomas de deterioro y de inhibición del crecimiento de los vegetales con las fortificaciones de selenio más elevadas. También se observó que las plantas crecidas en presencia del aditivo Selcote Ultra® absorbieron más lentamente el selenio presente en la turba, que las plantas crecidas con sales solubles de selenio. El selenio inorgánico absorbido por las plantas fue transformado principalmente en SeMet, excepto para las plantas del género Allium que contenían principalmente la especie γ-glutamil-Se-MeSeCys. Con respecto al trabajo experimental llevado a cabo durante la estancia de investigación en el Laboratorio de Química Analítica, Bio-Inorgánica y Medio Ambiente (LCABIE), de la Université de Pau et des Pays de l’Adour, se trabajó con diferentes técnicas y procedimientos y se consiguió ampliar la información obtenida con respecto a la especiación de Se. El método PBET se utilizó para estudiar la fracción bioaccesible de Se en suelos y plantas. Mediante la extracción PBET se comprobó que, para los suelos estudiados, la fracción considerada como bioaccesible fue atribuida principalmente a la etapa gastrointestinal del método PBET y correspondió al 50% de Se, incluyendo las especies de Se (IV) y Se (VI). Además, el método PBET de las especies de Se presentes en suelos, se equiparó a una extracción simple con ácido fosfórico. Respecto a los vegetales analizados (col y ajo), se consiguieron extraer las especies de selenio predominantes: selenometionina y γ-glutamil-Se-MeSeCys. También se observó que un porcentaje de este segundo selenocompuesto se degrada a Se-MeSeCys debido a la acción enzimática. En el caso de los vegetales, también se estudió el efecto de diferentes tratamientos aplicados previamente al método PBET (como el proceso de cocción). Se observó que el tratamiento de cocción de las muestras de col favoreció el incremento de la concentración de la especie selenometionina y redujo la concentración de Se (VI) en los extractos gastrointestinales del método PBET, debido a que un gran porcentaje de Se inorgánico se extrajo previamente en el proceso de cocción. Finalmente se han puesto de manifiesto los resultados más importantes obtenidos en el presente estudio y se han comparado con los datos encontrados en la literatura. / Selenium is considered both an essential and toxic element for the human health. Therefore, it is of great interest to study the presence and bioavailability of the selenocompounds in foods and the possible toxic effects from the ingestion of contaminated materials, which depend on their absorption and metabolism. Therefore, given the effects that different Se species can have in the organism, it is necessary to establish a method to study the bioaccessibility of this element, as a step prior to determining bioavailability. Among the in vitro methods used in the literature, the Physiologically Based Extracted Test (PBET) seems to be the easiest and most widely used method. A broader part of this study concerned Se bioaccessibility based on plant consumption. To determine the Se content in plants, different growth systems involving controlled conditions were designed. In this study, the edible plants (3 kinds of sprouts and 9 kinds of vegetables) were grown in two media supplemented (hydroponic and peat, respectively) to obtain plants with a natural Se content similar to those growing in areas with a high Se concentration. Another part of the study was about the Se bioaccessibility in soils. Little information is known about this topic, since most studies on bioaccessibility have concerned heavy metals (such as Pb, Cd, or Cr). In the present study the soils analyzed were obtained from the southwestern United States with Se natural content. During the present study, the total Se content and the concentration of the Se species were determined in the different materials using various techniques and procedures. The PBET method was then used to study the bioavailable fraction of Se in soils and plants. Finally, we highlighted the most important results obtained in the present study and we compared our results with data found in the literature.

Aquesta Tesi Doctoral ha estat pensada per avaluar, mitjançant l’estudi de virus contaminants, l’origen de la contaminació fecal i l’avast de la disseminació a l’aigua. Amb aquesta finalitat s’han utilitzat eines moleculars per a la detecció i quantificació de virus especifics humans, bovins i porcins i a més a més s’ha desenvolupat una nova eina per traçar la contaminació ovina a l’ambient. Els principals agents virals amb risc per als humans són d’origen humà però les femtes animals, amb potencials patògens zoonòtics, representen també un risc per a la salut humana. La intensificació de la producció animal o l’increment de plujes torrencials previst amb els escenaris proposats per al canvi climàtic presenten nous reptes per al control de la contaminació fecal a l’aigua. Bona part de la Tesi, ha anat lligada al projecte europeu VIROCLIME permetent dur a terme estudis a nivell internacional. S’ha caracteritzat la disseminació de virus humans contaminants a l’aigua d’un riu situat en una conca Mediterrània. Mitjançant el registre de variables hidro-climàtiques, la recollida de mostres d’aigua de riu, aigua de mar i aigua residual, i l’anàlisi de FIB i virus indicadors de contaminació fecal humana (HAdV i JCPyV), virus patògens (NoVGII, HEV), i un virus emergent (MCPyV), s’ha estudiat durant un any, l’impacte que l’aigua residual crua o els efluents de les depuradores tenen en la qualitat microbiològica del riu. En un segon estudi realitzat conjuntament amb laboratoris de Suècia, Grècia, Hongría i Brasil, s’ha pogut estandarditzar el mètode de floculació amb llet descremada, per a la concentració de virus, i els assajos de qPCR per identificar i traçar l’origen de la contaminació fecal a l’aigua. Durant 18 mesos de mostrejos a conques de rius situats a les regions Mediterrània, Àrtica, Continental i Tropical, s’han identificat virus humans (HAdV i JCPyV), bovins (BPyV) i porcins (PAdV), demostrant que aquestes eines virals són fiables i útils per a qualsevol àrea geogràfica o matriu d’aigua. Fins al principi d’aquesta tesi, només es disposava de marcadors virals de contaminació fecal porcina i bovina. Analitzant mostres de femta i orina d’ovella, amb un assaig de PCR d’ample espectre per a la detecció de poliomavirus, es van obtenir per primera vegada seqüències d’un putatiu nou poliomavirus oví. A partir d’aquí, s’han dissenyat dos assajos de PCR específics per poder traçar la contaminació fecal ovina a l’ambient. Arrel d’aquest treball, durant l’últim any de la tesi, es va plantejar una estada a Nova Zelanda perquè es tracta del país amb més ovelles per càpita i representa bona part de la indústria ramadera del país. Traçar i identificar l’origen de la contaminació fecal animal a l’aigua és doncs bàsic, tant per la gestió dels residus com per l’avaluació dels riscos per a la salut humana. El quart estudi inclòs a la tesi, es va dissenyar per identificar les fonts principals de contaminació fecal i avaluar, al mateix temps, les diferents eines de MST utilitzades a Nova Zelanda i al laboratori de la doctoranda. S’han recollit mostres de riu als territoris ramaders més importants de l’illa del sud, i s’han analitzat E. coli, virus específics indicadors de contaminació fecal humana (HAdV, JCPyV) bovina (BPyV) i ovina (OPyV), marcadors bacterians específics d’humans (BacH, BacHum-UCD, BiAdo) i de remugants (BacR) i esterols i estanols indicadors de contaminació fecal humana o de remugant. / This thesis was designed to evaluate, through the study of viruses, the source of the fecal contamination and its spread in water matrices. For this purpose molecular tools have been used for the detection and quantification of specific human porcine and bovine viruses, and a new tool has been developed to trace ovine pollution in the environment. Human waterborne viruses pose the main risk to humans, but animal feces, with potential zoonotic pathogens, also represent a risk to human health. The intensification of animal production and the predicted scenarios for climate change, with increase of torrential rains, present new challenges for the control of fecal contamination in water . Much of this work has been linked to the European project VIROCLIME allowing studies conducted worldwide. We characterized the spread of contaminant human viruses in a Mediterranean river basin . By recording hydro-climatic variables, collecting samples of river water, sea water and wastewater, and analysing FIB and human virus indicators of fecal pollution (HAdV and JCPyV), pathogenic viruses (NoVGII , HEV) and an emerging virus (MCPyV) we have studied, thoughouth a year, the impact of raw wastewater and efluents from the wastewater treatment plants the microbiological quality of the river. In a second study, conducted with laboratories in Sweden, Greece, Hungary and Brazil, we standardized the viral concentration method, Skimmed Milk Flocculation, and specific qPCR assays to identify and trace the origin of contamination in water. During an 18 months sampling period, in river basins located in the mediterranean region, arctic, continental and tropical regions, we identified human (HAdV and JCPyV), bovine (BPyV ) and porcine viruses (PAdV), demonstrating that these tools are reliable and useful for any geographic area or water matrix. At the beginning of this thesis, only porcine and bovine viral fecal indicators were available to trace fecal pollution. Since no ovine viral indicator was described before the present work, we designed a study to develop a new tool to trace sheep fecal contamination. Firstly we analyzed urine and stool samples from sheep, with a broad spectrum PCR assay for the detection of polyomavirus. We obtained sequences of a putative new ovine polyomavirus and designed two PCR assays specific for the new ovine virus. During the last year of the thesis raised a stay in New Zealand because it is the country with more sheep per capita and represents much of the livestock industry in the country. Trace and identify the source of animal fecal contamination in water is therefore essential for both waste management for the evaluation of risks to human health. The fourth study included in this thesis was designed to identify the main sources of fecal contamination and evaluate the same time , the different tools used MST in New Zealand and the student laboratory. River samples were collected at major livestock areas south of the island , and analyzed E.coli , viruses specific indicators of human fecal contamination (HAdV, JCPyV) bovine (BPyV) and sheep (OPyV) specific bacterial markers in humans (BacH, BacHum-UCD, BiAdo) and ruminants ( BacR) and sterols and stanols indicators of human fecal contamination or ruminants.

In this work it has been developed and implemented a data analysis pipeline for the discovery of biomarkers by high throughput shotgun proteomics. Specifically the solution has been optimized for the analysis of secretomes of tumor cell lines by label-free LC-MS/MS, with proteins quantified by peptide spectral counts. Along the development it has been shown the incidence and relevance of batch effects in the comparative analysis of label-free proteomics by LC-MS/MS. Also the features providing reproducibility to potential biomarkers have been identified. The model has been developed on empirical data obtained from a series of spiked experiments, and with the help of simulations to evaluate its performance. The pipeline comprises an exploratory data analysis (EDA) R/Bioconductor package, msmsEDA, based on multidimensional analysis tools and a R/Bioconductor inference package, msmsTests, based on generalized linear models (GLM) with Poisson or negative binomial distributions, or the quasi-likelihood GLM extension. Two graphical interfaces have also been produced to ease the use of the provided solution in a MS lab by non experts, and are freely available at GitHub. The designed model is devised to discover differentially expressed proteins in tumor cell line secretomes, using the cell as the unit of interest. The model allows blocking factors as a mean for batch effects correction. The normalization to cell units is embedded in the model through the use of offsets, and no previous data treatment is required. The two packages developed, msmsEDA and msmsTests, allow for: • Dataset quality assessment. • The identification of outliers • The identification of confounding factors or batch effects. • The discovery of potential biomarkers by using the distribution best fitting the available data. • The improvement of reproducibility by a post test filter based of effect size and signal levels. Different papers have been published in peer-reviewed proteomics journals develo-ping each data treatment step, and demonstrating its use and value in biological experiments carried out in the Tumor Biomarker lab at VHIO. / En la tesi s'ha desenvolupat, dissenyat i implementat una solució per l'anàlisi de dades de proteòmica comparativa en descobriment de biomarcadors. Específicament la solució s'ha optimitzat per l'anàlisi de secretomes de línies cel•lulars tumorals per LC-MS/MS sense marcatge, i quantificant pel nombre d'espectres de pèptids assignats a cada proteïna. Durant el desenvolupament de la metodologia s'ha demostrat la incidència i rellevància dels efectes batch en l'anàlisi comparatiu de pèptits sense marcar per LC-MS/MS. Així com les característiques que identifiquen un potencial biomarcador com a reproductible. Els models s'han desenvolupat amb l'ajut de dades empíriques obtingudes de mostres amb mescles controlades de proteïnes, i de simulacions. La solució informàtica que implementa el model desenvolupat consta de dos paquets R/Bioconductor, amb les respectives interfícies gràfiques que faciliten el seu ús a no experts. El primer paquet, msmsEDA, consta de funcions útils en l'anàlisi exploratòria de dades, i permet avaluar la qualitat del conjunt de dades d'un experiment de LC-MS/MS basat en comptatge d'espectres, així com explorar l'eventual presència de valors extrems, factors de confusió, o d'efectes batch. El segon paquet, msmsTests, encapsula funcions per la inferència en el descobriment de biomarcadors. El model emprat és un GLM que contempla la inclusió de factors per blocs per la correcció d'efectes batch, i incorpora una normalització generalitzada per offsets que permet la comparació de secretoma al nivell d'una cel•lula. Les distribucions implementades són la de Poisson i la binomial negativa, així com l'extensió de la quasiversemblança. En conjut el model desenvolupat i la implementació informàtica que se'n ha fet permet: • Avaluar la qualitat d'un conjunt de dades de LC-MS/MS. • Identificar valors extrems. • Identificar la presència de factors de confusió o d'efectes batch. • El descobriment de biomarcadors emprant la distribució que millor s'ajusti a les dades. • Assegurar un bon nivell de reproductibilitat mercès a un filtre post-test. Els paquets i llur documentació es troben lliurement disponibles a bioconductor.org, i les interfícies gràfiques a github.com.

Backbone N-methylation is becoming an increasingly important tool in peptide drug design, and has been widely used to optimize the activity and selectivity of peptide ligands as a result of conformational modulation. However, no systematic research has been conducted on modifying the peptide backbone with other N-alkyl substituents. The present doctoral thesis is aimed at introducing novel N-substituents into peptides, and comparing the conformational and biological properties of the resulting N-substituted peptides with those of their N-Me homologues. In a first project, we studied the effect of replacing backbone N-Me groups by an N-triethylene glycol (N-TEG) chain on hydrophobicity and conformation. For that, we chose Sansalvamide A peptide as a model, and we incorporated N-Me and N-TEG amino acids at the different positions of its cyclopentapeptide structure. We found that Fmoc-protected amino acids bearing the N-TEG group [i.e. N-CH2CH2(OCH2CH2)2OCH3] can be easily prepared in solution, and they are straightforward to incorporate into a resin-bound peptide. The acylation of N-TEG amines can be achieved in solid-phase by activating the following amino acid with triphosgene. In this way, N-TEG peptides are accessible by the same synthetic repertoire as that already established for N-Me peptides. Comparison of NMR data of our N-TEG vs. N-Me analogs gives evidence of similar conformational preferences for those peptides with the same N-alkylation pattern. Furthermore, comparison of their chromatographic retention parameters indicates that the incorporation of an N-TEG chain into a peptide provides a higher hydrophobicity than an N-Me group. In a second study, we chose Cilengitide as model peptide, and we replaced its backbone N-Me group by various N-oligoethylene glycol (N-OEG) chains of increasing size: namely N-OEG2, N-OEG11, and N-OEG23, which are respectively composed of 2, 11 and 23 ethylene oxide monomer units. The N-OEG2 cyclopeptide analog was straightforward to synthesize in solid-phase, using the same methodology as for the N-TEG analogs of Sansalvamide A peptide. The syntheses of the N-OEG11 and N-OEG23 cyclopeptides are hampered due to the increased steric hindrance exerted by the N-substituent, and could only be achieved by segment coupling, which takes place with epimerization and thus requires extensive product purification. The different N-OEG cyclopeptide analogs and the parent peptide were compared with respect to biological activity and lipophilicity. The N-OEG2 analog displayed the same capacity as Cilengitide to inhibit integrin-mediated adhesion of HUVEC and DAOY cells to their ligands vitronectin and fibrinogen. The N-OEG11 and N-OEG23 analogs also inhibited cell adhesion, though with less potency. Thus, replacement of the backbone N-Me group of Cilengitide by a short N-OEG chain provides a more lipophilic analog with a similar biological activity. Upon increasing the size of the N-OEG chain, lipophilicity is enhanced, but synthetic yields drop and the longer polymer chains may impede receptor binding. On the basis of our finding that N-alkyl chains exert similar conformational constraints as a backbone N-Me group when incorporated into a cyclic peptide, we studied the N-(4-azidobutyl) group as a linker to permit conjugation in peptides that lack derivatizable groups (i.e. N-terminus, C-terminus, and side-chain functionalities). We developed a robust strategy for the introduction of this linker into a peptide using standard solid-phase peptide synthesis techniques. With this methodology, we synthesized an analog of Cilengitide in which its backbone N-Me group was replaced by the N-(4-azidobutyl) group. This N-(4-azidobutylated) analog was used to prepare several conjugates with a polydisperse PEG chain (2 KDa), showing that our linker allows conjugation either via click chemistry or -after azide reduction- via acylation or reductive alkylation. This linker is orthogonal to protecting groups and resins commonly used in peptide chemistry, and chemically inert to a wide range of functionalities. NMR data indicated that Cilengitide and its N-(4-azidobutylated) analog have the same backbone conformation. Therefore, substitution of a backbone N-Me group by the N-(4-azidobutyl) linker is a valuable strategy to provide a reactive site for the attachment of molecules whilst preserving the original peptide sequence and conformation. In summary, we have found that peptides bearing larger N-substituents than an N-Me group can be easily synthesized, but difficulties arise upon increasing the size of N-alkyl group. For Sansalvamide A peptide and Cilengitide, replacement of a backbone N-Me group by a short N-OEG chain resulted in analogs with similar biological activity and conformational features. This concept was then employed for the design of the N-(4-azidobutyl) linker, which allows bioorthogonal conjugation of a desired molecule with minimal perturbation of a target peptide structure. Considering the high abundance of N-Me groups in biologically active peptides, we contend that modification at this position is a feasible alternative to introduce chemical diversity or alter pharmacologically important parameters when modification at any other position of the peptide is not wished or possible. / En química medicinal, la N-metilació de l’esquelet peptídic s’ha utilitzat àmpliament per a imposar restriccions conformacionals en pèptids i així optimitzar la seva activitat i selectivitat. D’altra banda, la introducció de grups N-Me en pèptids d’interès terapèutic també és una estratègia per a millorar la seva biodisponibilitat, ja que els pèptids N-metilats són més hidrofòbics, més resistents al trencament proteolític, i -en general- més permeables a través de les membranes biològiques. No obstant, s’han descrit molts pocs exemples en els quals s’hagi modificat l’esquelet peptídic amb d’altres grups N-alquil. Això es pot atribuir a la dificultat d’acilar residus N-alquilats amb grups més grans que N-Me, degut al major impediment estèric. L’objectiu principal de la present tesi ha estat explorar la viabilitat sintètica d’introduir nous N-substituents en pèptids, i comparar les propietats d’aquests nous pèptids N-substituïts amb les dels seus homòlegs N-metilats. En aquesta tesi demostrem que els pèptids modificats amb una cadena de N-trietilenglicol (N-TEG) es poden preparar amb mètodes ja establerts per a la síntesi de pèptids N-metilats. En incrementar la llargada de la cadena de N-oligoetilenglicol (N-OEG), l’acoblament sobre el residu N-alquilat no és viable en fase sòlida, però es pot aconseguir solució utilitzant un clorur d’àcid. Per a dos ciclopèptids model, vam sintetitzar diversos N-OEG anàlegs, i vam trobar que la introducció del grup N-OEG augmenta la hidrofobicitat de forma proporcional a la llargada de la cadena. També vam trobar que el reemplaçament del grup N-Me present en aquests pèptids per una cadena curta de N-OEG provoca una mínima pertorbació de la seva conformació i activitat biològica. En base aquesta observació, vam estudiar el grup N-(4-azidobutil) com a linker per a permetre la conjugació en pèptids que no poseeixen grups funcionals derivatitzables. Demostrem que el grup N-(4-azidobutil) es pot introduir en un pèptid utilitzant mètodes estàndard de síntesi en fase sòlida, i que la substitució d’un grup N-Me present en un pèptid pel nostre linker no altera la conformació del pèptid. També demostrem que grup N-(4-azidobutil) permet la conjugació mitjançant diverses transformacions químiques. Es tracta d’un linker ortogonal a la majoria de grups protectors emprats en síntesi de pèptids, i químicament inert a una gran varietat de grups funcionals. En conclusió, la modificació de l’esquelet peptídic amb d’altres N-substituents més grans que N-Me és factible, però sorgeixen dificultats sintètiques en incrementar el tamany del grup N-alquil. Considerant que el grup N-Me es troba present en nombrosos pèptids biològicament actius, la seva substitució per d’altres entitats químiques és una alternativa viable per a introduir diversitat estructural o alterar propietats farmacològiques importants quan no és possible o no interessa modificar d’altres posicions d’un pèptid.

La aplicación de enzimas en la industria constituye una de las aportaciones más recientes en las tecnologías de producción, debido a su elevada eficiencia catalítica, a que su uso no daña el medio ambiente y a su alta rentabilidad económica.En los últimos años ha aumentado de forma importante la aplicación de enzimas microbianos en la industria. La mayoría de estos enzimas son degradadores de polisacáridos de la pared celular vegetal, como celulosas, hemicelulosas y pectinas.La pectina es un polímero formado principalmente por cadenas de ácido galacturónico, parcialmente esterificado. Las pectinasas son las enzimas que degradan la pectina.El principal objetivo de la tesis fue caracterizar pectinasas con potencial aplicación industrial. Para ello, primero se realizó el análisis de los sistemas degradadores de pectina de las cepas bacterianas Paenibacillus sp. BP-23 y Bacillus sp. BP-7, aisladas previamente por el grupo de investigación a partir de suelo de arrozal del Delta del Ebro. El sistema pectinolítico de ambas cepas mostró una multiplicidad de bandas, motivo por el cual, se procedió a la clonación, purificación y caracterización de pectinasas a partir de las cepas analizadas y de Bacillus subtilis 168. Los estudios realizados indican que PelA de Paenibacillus sp. BP-23 e YvpA de Bacillus subtilis son enzimas nuevos, con características diferentes a las pectato liasas conocidas, que permiten identificar un subgrupo de enzimas dentro de las pectato liasas de la familia PL3. La inusual elevada actividad sobre pectina de los dos enzimas estudiados en este trabajo los hace buenos candidatos para aplicaciones biotecnológicas relacionadas con la degradación de pectina de sustratos naturales.En el contexto de la utilización creciente de enzimas en la industria se planteó la producción del más activo de ellos, la pectato liasa PelA, en cantidades elevadas para poder realizar ensayos de aplicación industrial, utilizando cepas huésped de Bacillus subtilis. Con este fin se construyeron vectores lanzadera que replican tanto en Bacillus subtilis como en Escherichia coli.Los resultados obtenidos en este trabajo suponen una aproximación a la tarea de sobreproducir pectato liasas, lo que ha permitido la identificación de problemas específicos de la expresión de los enzimas en estudio y posibilitarán la construcción futura de nuevas cepas recombinantes de productividad y rendimiento aumentado. / Pectins are linear polymers of alpha-D-galacturonic acid. They are found in the middle lamella and primary cell wall of plant tissues and they are degraded by pectinases.The aim of the thesis was the caracterization of pectinases with a potencial applications in the industry.Therefore, we analysed the petinolytic system of the bacterial strains Paenibacillus BP-23 and Bacillus BP-7, previously isolated from a rice field.The pectinolytic system of both strains a multiple glycanase system, some enzymes of which have been cloned and characterized.Paenibacillus sp BP-23 PelA and Bacillus subtilis YvpA, belong to pectate lyases PL3 family, and show and unusual features among pectin and pectate lyases. For this reason, we constructed several shuttles which were used to overexpres PelA in Bacillus subtilis.