Tesi realitzada al Centre d'Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC) / The main objective of this PhD dissertation was to unveil the links between biogeochemistry and microbial diversity using metagenomics functional potential as a proxy to connect a mechanistic perspective with whole-system ecology. In order to explore the potential and limitations of metagenomics, two contrasted and widely studied lacustrine ecosystems with global ecological interest were selected. First, the Banyoles karstic system, a mirror to the past sulfurous and anoxic (euxinic) conditions where three lakes provide different euxinic situations where reduced compounds and sulfate were highly available: Lake Cisó, a small eutrophic lake with high carbon inputs, permanent anoxia and high euxinia; Lake Vilar, a meromictic mesotrophic lake; and Lake Banyoles basin CIII, a meromictic deep oligotrophic basin. And second, the ultraoligotrophic Lake Redon under three different limnological situations: the slush, an oxygenated environment with labile carbon from algal exudates; the epilimnion oxygenated layer with low availability of reduced compounds; and the hypolimnion, a dark layer under the influence of the mineralization microbial processes from the sediment. The previous knowledge on the biogeochemistry, ecology and functioning of these ecosystems, offered an excellent framework to connect the biodiversity and biogeochemical role by microbial metagenomics. The results showed higher bacterial novelty in the hypolimnia of euxinic lakes with Elusimicrobia and Chloroflexi harbouring the highest number of novel 16S rRNA gene sequences. The potential for dark carbon fixation in these lakes was tentatively assigned to Hydrogenophilales (Thiobacillus-like) and Gallionellales (Syderoxidans-like) via the Calvin cycle, Bacteroidales, Campylobacterales and Desulfarculales through the Arnon cycle, and Desulfobacterales via the reductive acetil-CoA cycle. If the findings from sulfurous lakes are equivalent to ancient oceans, Gallionellales may have played an important role in the biogeochemistry of the iron cycle, a low contribution of nitrification and archaea was probably accounting for the nitrogen cycle, Campylobacterales may have acted as the main players of denitrification, and Bacteroidales may have been main players for dissimilatory nitrate reduction to ammonium mainly in organic carbon-rich zones. The acquisition of laterally transferred genes offering new functional alternatives, was key in order to explain the ecological success of the recurrent green sulfur bacteria bloom in Lake Banyoles basin CIII. The drivers for such horizontal gene transfer were potentially phages. In the slush of the high-mountain Lake Redon, the community composition shift from winter to spring was characterized by a decrease in bacterial diversity, dominance of Bacteroidetes and consistent increases in bacterial abundance and production. The potential for nitrification in Lake Redon was mainly found in the slush and hypolimnion by ammonia-oxidizing bacteria. Lower abundances of nitrification genes were found in the epilimnion. Planktonic microbial communities of Lake Redon showed a higher genomic potential for assimilatory pathways (nitrite, phosphate and sulfate) than those from the Banyoles area. Overall, our analyses provide a new view on the well-known biogeochemical functioning of karstic and alpine lakes. Even with the limitations of metagenomics and annotation, we used the previous knowledge on the ecology of the lakes to prove that metagenomics is a very accurate way to unveil the links between functional potential and microbial biodiversity of any given ecosystem. We identified bacterial populations as potential key stone species of biogeochemical processes and provided new hypothesis to be further tested both through experimental approaches and detailed quantification of matter and energy fluxes. / L'objectiu principal d'aquesta tesi és explorar els vincles entre la biogeoquímica i la diversitat microbiana, mitjançant la metagenòmica com a eina per determinar el potencial funcional de les comunitats i connectar la perspectiva mecanicista amb l’holística en l'estudi dels ecosistemes. Per tal d'explorar el potencial i les limitacions de la metagenòmica, es van seleccionar dos ecosistemes lacustres contrastats i àmpliament estudiats amb interès ecològic global. En primer lloc, el sistema càrstic de Banyoles, un equivalent de les condicions sulfuroses i anòxiques (euxíniques) en l'inici de la vida a la Terra, seleccionant tres llacs que proporcionen diferents situacions limnològiques amb alta disponibilitat de compostos reduïts i sulfat: el Llac Cisó , un petit llac eutròfic amb importants entrades de carboni orgànic, anòxia permanent i alta euxinia; el Llac Vilar, un llac mesotròfic i meromíctic; i la cubeta CIII del llac Banyoles, una cubeta profunda, oligotròfica i meromíctica. I en segon lloc, l’ultraoligotròfic Llac Redon en tres situacions limnològiques diferents: les capes de granissat (slush), un ambient oxigenat amb carboni làbil procedent d’exsudats d'algues; la massa d'aigua oxigenada de l’epilímnion amb baixa disponibilitat de compostos reduïts; i l'hipolímnion, una massa d'aigua en foscor sota la influència de processos microbians de mineralització que es donen en el sediment. El coneixement previ de la biogeoquímica, ecologia i funcionament d'aquests ecosistemes, ha ofert un excel·lent marc per a establir els vincles entre biodiversitat microbiana i funció biogeoquímica mitjançant una aproximació metagenòmica. En conjunt, aquesta tesi proporciona una nova visió sobre el funcionament biogeoquímic de llacs càrstics i alpins. Tot i les limitacions intrínseques a la metagenòmica i al procés d'anotació gènica, hem utilitzat els coneixements previs sobre l'ecologia dels llacs per demostrar que la metagenòmica és una eina molt precisa per donar a conèixer els vincles entre el potencial funcional i la biodiversitat microbiana de qualsevol ecosistema. S'han identificat les poblacions bacterianes potencialment responsables dels processos biogeoquímics i es proporcionen noves hipòtesis que hauran de ser comprovades mitjançant enfocaments experimentals i de quantificació dels fluxos de matèria i energia implicats.

En esta tesis se ha llevado a cabo el monitoreo de diferentes escarpes rocosos, que ha permitido la caracterización y la predicción de los desprendimientos de rocas. Esta caracterización y predicción han sido realizadas a partir de la comparación de nubes de puntos LiDAR obtenidos mediante un instrumento del tipo terrestre (ILRIS- 3D, Optech). La principal ventaja del uso de este tipo de instrumentos es la posibilidad de adquirir datos relativamente precisos (+/- 1 cm) a una distancia considerable (+/- 400 m) sin tener que alterar el comportamiento natural de la pared rocosa y sin que exista ningún riesgo por la instalación de instrumentos en el propio escarpe. En primer lugar se eligió un área de estudio piloto en la cual no existiera riesgo por caídas de rocas y poder de esta manera observar la evolución natural de las zonas inestables de la pared rocosa. Este hecho permitió el desarrollo de metodologías para la caracterización y predicción de los desprendimientos de rocas a partir de los datos LiDAR. La zona elegida fue el área de estudio piloto de Puigcercós, que consiste en el escarpe de coronación de un antiguo deslizamiento ocurrido en el año 1881. Dicho enclave ya estaba siendo monitoreado por el grupo RISKNAT desde el año 2007, y esta tesis supone la continuación del monitoreo y de las investigaciones que se estaban llevando a cabo. Las diferentes metodologías desarrolladas y aplicadas satisfactoriamente en el área de estudio piloto, fueron aplicadas posteriormente en un área con un alto riesgo por desprendimientos de rocas tanto para edificios como para vehículos y personas, la Montaña de Montserrat. En concreto se eligieron dos enclaves críticos, las paredes que se sitúan justo detrás del recinto del Monasterio de Montserrat, cuyo monitoreo comenzó en el año 2011, y las paredes de Degotalls, situadas por encima del aparcamiento de dicho monasterio, y cuyo monitoreo comenzó en el año 2007. El análisis de los datos LiDAR del escarpe de Puigcercós después de 2506 días de monitoreo arroja importantes resultados en el ámbito de la caracterización e inventario de los desprendimientos de rocas, permitiendo la obtención de un listado muy detallado de los eventos ocurridos. Este detallado inventario supone un gran avance para los análisis de la relación M-F de los desprendimientos. Los datos LiDAR también han mostrado resultados relevantes en el ámbito de la predicción de los desprendimientos de rocas de mayor magnitud. En este caso la detección y posterior análisis de la evolución de las deformaciones precursoras han sido claves para la predicción espacial y temporal de los eventos de mayor volumen. Por otra parte, se ha avanzado de manera importante en cuanto a la detección y seguimiento de los denominados desprendimientos precursores, que son otro tipo de indicador precursor de desprendimientos de gran magnitud y que necesitan ser investigados aún en mayor profundidad. En cuanto al monitoreo LiDAR de las mencionadas paredes de la Montaña de Montserrat, la aplicación de las metodologías desarrolladas en Puigcercós ha proporcionado resultados muy satisfactorios. El monitoreo ha permitido obtener un inventario de desprendimientos con un detalle sin precedentes en las paredes analizadas, y la continuación de esta investigación permitirá conocer con un mayor detalle el comportamiento geomorfológico de las paredes de conglomerados. Además, las metodologías aplicadas han permitido la detección de movimientos precursores en dos bloques inestables. El análisis de la evolución de estos desplazamientos en uno de los bloques ha demostrado que se encuentra en un estado crítico cercano al momento de la caída. En conclusión, todos los resultados obtenidos en esta tesis suponen un gran avance hacia la mejor caracterización de los desprendimientos de rocas, y hacia la posible implementación de un instrumento LiDAR Terrestre en un sistema de alerta temprana de desprendimientos. / In this thesis we have carried out the monitoring of different rock scarps that have allowed rockfall characterization and prediction. This characterization and prediction has been performed using the comparison of LiDAR point clouds obtained with a ground-based instrument (ILRIS-3D, Optech). The main advantage of this remote sensor is the possibility to acquire relatively accurate data (circa 1 cm) at a great distance (circa 400 m), without changing the natural behavior of the rock slope and without assuming any risk derived from the installation of instruments in the scarp. First, we chose a pilot study area without rockfall risk and which allowed us the observation of the natural evolution of instabilities. This lets the development of methodologies to characterize and predict rockfall events using the LiDAR datasets. The chosen place was the pilot study area of Puigcercos, which consists on the main scarp of an ancient landslide occurred in 1881. This rock face was already being monitored by the RISKNAT group since 2007, and this thesis involves the continuation of this monitoring and this research. The different methodologies developed and successfully applied in the pilot study area, were employed then in an area with a high rockfall risk for both buildings and vehicles and people, Montserrat Mountain. Specifically two critical sites were chosen, the cliffs located just behind Montserrat Monastery, whose monitoring started in 2011; and Degotalls rock face, located behind the parking of the Monastery, whose monitoring started in 2007. a very detailed rockfall list. This detailed inventory is a great improvement in the analysis of M-F relation of rockfalls. Also, the detection of pre-failure deformation and the analysis of its evolution have allowed a great improvement in the spatio-temporal prediction of high magnitude rockfalls. On the other hand, we have improved the detection and monitoring of precursory rockfalls, which is another kind of precursory indicator of high magnitude rockfalls that needs to be further investigated. Regarding the LiDAR monitoring of the Montserrat Mountain rock faces, the application of the processes developed in Puigcercós scarp has provided satisfactory results. This monitoring has allowed obtaining a rockfall inventory with an unprecedented level of detail. Therefore, the continuation of this research will allow improving our comprehension of the geomorphologic behavior of these conglomerate cliffs. Furthermore, the methodologies applied have allowed the detection of pre-failure deformation in two unstable blocks. The analysis of this pre-failure deformation in one of these instabilities has demonstrated its critical condition close to the rockfall. In conclusion, the results obtained in this thesis are a major contribution in rockfall characterization and prediction. These results also provide initial knowledges in order to implement a Terrestrial LiDAR instrument in an early warning system of rockfalls.

Se ha estudiado espectroscópicamente (UV-Vis, Raman, RMN) los equilibrios tautoméricos del ácido 2-(4'-hidroxifenilazo)benzoico (HABA) y el ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'- dimetilfenilazo)benzoico. Estos equilibrios están influenciados fuertemente per el estado de protonación (neutro vs. monoaniónico) del compuesto, la polaridad del medio y la substitución en el anillo de hidroxifenilo. En el caso de les especies neutras tanto de HABA como del ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'-dimetilfenilazo)benzoico en medios apolares, es predominante el tautómero azo. Aún así, en medios polares, mientras que el tautómero azo es aun predominante para el HABA neutro, el tautómero hidrazona es ampliamente predominante para el 3',5'-dimetil-HABA neutro. En el caso de las especies monoaniónicas, el tautómero hidrazona es predominante tanto para HABA como para el ácido 2-(4'-hidroxi¬3',5'-dimetilfenilazo)benzoico en disolventes apolares. Per otro lado, aumentando la polaridad del medio, el compuesto ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'-dimetilfenilazo)benzoico muestra una tendencia mayor que el HABA para continuar siendo tautómero hidrazona. Se han estudiado les cinéticas de isomerización Z->E térmica de la especie neutra y monoaniónica del ácido 2-(4-metoxifenilazo)benzoico en solución en diferentes medios. Las interacciones entre el disolvente y el cromóforo juegan un papel importante en cuanto a la velocidad de isomerización, siendo mayores (mayor constante cinética) cuanto más apolar es el disolvente tanto para la especie neutra como para la monoaniónica. En cambio, no hay mucha diferencia entre las constantes cinéticas de las isomerizaciones de las especies neutra y monoaniónica, siendo ligeramente mayores para la especie neutra. Se han sintetizado dos compuestos amfifílicos derivados del HABA y se han estudiado sus monocapas de Langmuir. Al comprimir la monocapa del isómero (E)-ácido 2- (4'-metoxi-3'-N-hexadecilpropanamidafenilazo)benzoico (Me-HABA-C16) se observa la progresiva formación de dominios mientras que no se observan al comprimir la monocapa del isómero (Z)-Me-HABA-C16. En cambio, al comprimir la monocapa del compuesto ácido 2-(4'-hidroxi-3'-N-hexadecilpropanamidafenilazo)benzoico (HABA-C16) se observa un comportamiento diferenciado, la formación de dominios en forma de aguja, que podríamos atribuir al tautómero hidrazona de este compuesto. Se han sintetizado dos disulfuros, uno de ellos con el grupo HABA (HABA-S)2 como grupo terminal, y el otro con una cadena de trietilenglicol (EG3-S)2 como grupo terminal. Se han preparado las SAMs de los disulfuros y también SAMs mixtas de los dos disulfuros sobre oro. Todas estas SAMs se han caracterizado mediante voltamperometría cíclica. Se han estudiado mediante voltamperometría cíclica la interacción de la avidina sobre estas SAMs mixtas observando un desplazamiento del pico de reducción del grupo terminal HABA hacia potenciales mas negativos per el efecto de su unión a avidina. Se ha determinado que la relación molar óptima del disulfuro del HABA y disulfuro de trietilenglicol en solución etanólica para la formación de SAMs mixtas con avidina es de 1,0:3,1. Se ha desarrollado una metodología basada en ligandos de avidina de diferente afinidad, para preparar conjugados heterobifuncionales mediante la unión secuencial de los dos componentes biotinilados a la avidina. Esta metodología utiliza ligandos de avidina de moderada afinidad para bloquear, mediante una unión de tipo divalente, la mitad de los sitios de unión de la avidina y permitir la unión del primer componente biotinilado a los sitios de unión desocupados. A continuación, la transformación del tipo de unión de divalente a monovalente hace disminuir su afinidad por la avidina y permite desplazarlos con el segundo componente biotinilado, generando el conjugado heterobifuncional con avidina como linker entre los dos compuestos funcionales. Los mejores resultados se han obtenido utilizando la resina NovaPEG Wang funcionalizada con el ligando DMPDU, para inmovilizar la avidina a través de una unión de tipo divalente. Una vez incorporado el primer componente biotinilado, la rotura con hidroxilamina del enlace éster que une el ligando DMPDU a la resina, ha liberado el conjugado monofuncional de avidina. A este conjugado monofuncional se le incorpora el segundo componente biotinilado desplazando el ligando DMPDU y generando el conjugado heterobifuncional con avidina como linker entre los dos compuestos funcionales. / The tautomeric equilibrium of 2-(4'-hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA) and 2-(4'- hydroxy-3',5'-dimethylphenylazo)benzoic (dimethyl-HABA) acid have been studied by spectroscopy (UV-Vis, Raman, NMR). The tautomeric equilibrium is highly influenced by protonation, polarity of solvent and substitution of the hydroxyphenyl ring. Two amphiphilic HABA derivatives and have been synthesized and their Langmuir monolayers have been studied. Gold mixed SAMs of two disulfides, one with an HABA terminal group and the other with a triethylene glycol terminal group, have been prepared. The interaction of these mixed SAMs with avidin has been studied by cyclic voltammetry. This interaction with avidin leads to a shift of the HABA cathodic peak towards more negative potentials. It has been determined that the optimal HABA disulfide/triethylene glycol disulfide ratio, in order to obtain the more robust avidin SAMs, is 1.0/3.1 It has been developed a methodology to obtain heterobifunctional conjugates of avidin. This methodology uses protein ligands with moderate affinity to block the protein sites of one side of the protein, allowing a further binding of a biotinylated compound to the other side of the protein. Subsequent transformation from divalent to monovalent binding, reduces the affinity with the protein is substituted by a second biotinilated compound giving the heterobifunctional conjugate of avidin. The best results have been obtained with the usage of solid phase resins (NovaPEG Wang functionalizated with DMPDU) to immobilize avidin by a divalent binding.

Somatostatin (SST), also known as somatotropin release-inhibiting factor (SRIF), is a 14-amino-acid peptide discovered in 1973. It is a natural hormone whose biological activity is linked to five identified receptors: SSTR1-5. In clinical practice, somatostatin is currently used as a gastric anti-secretory drug as well as to treat growth hormone secretion disorders and endocrine tumors. Cortistatin (CST) is another natural hormone, structurally a related to somatostatin. It has shown an interesting inflammatory activity that somatostatin do not display. Therefore, it has potential applications against inflammatory diseases such as Crohn's disease. In the present thesis, three families of fourteen-residue somatostatin analogs have been designed and synthetized replacing L-β-phenylalanine in positions 6, 7 and 11 by the non-natural aromatic amino acids L-β-3’,5'-difluorophenylalanine, L-β-3'-pyridylalanine and L-β-4'-piridilalanine. The intramolecular aromatic interactions of these peptides (with amino acids whose aromatic electron-density is lower than Phe) increased substantially allowing us to obtain the major tridimensional conformation for each derivative by NMR. Furthermore, L-β-mesitylalanine and L-β-3’,5'-trimethylphenylalanine (with high aromatic electron density) were also included in certain peptides, to increase even further the strength of the aromatic interactions. Our NMR conformational studies demonstrated that the inclusion of an electron-poor aromatic amino acid in position 7 causes a three-dimensional cluster-type arrangement of the three aromatic residues in positions 6th, 7th and 11th. We have observed that peptides with this kind of conformation showed a good binding with SSTR3. On the other hand, when these amino acids were included in positions 6 or 11, only a strong 6-11 interaction was observed, being residue 7 placed on the other side of the peptide. In these cases, the additional replacement of the phenylalanine at position 7 by L-β-mesitylalanine provoked a further increase of the selectivity for SSTR2. Specifically, [L-4'Pya6_L-Msa7_D-Trp8] -SST showed a completely selective activity profile for SSTR2, with an affinity for this receptor at the same level of SST. Finally, various cortistatin analogs were synthesized, their major 3D conformation were determined by NMR and their binding profile with SSTR1-5 were measured. Some of these peptides showed a remarkable response against Crohn’s disease. One of them, with a cluster-type structure, showed a response similar to CST against different parameters of inflammatory bowel disease. / La somatostatina (SST), es un péptido natural de 14 residuos descubierto en 1973, con cinco subreceptores identificados, SSTR1-5. En la práctica clínica, y debido a su carácter inhibidor de secreción de otras hormonas endógenas, se utiliza para tratar los trastornos de la secreción de la hormona del crecimiento y tumores endocrinos. Además, la cortistatina (CST), un péptido relacionado con la somatostatina, ha mostrado un perfil farmacológico interesante contra enfermedades inflamatorias, como la enfermedad de Crohn, que la somatostatina no presenta. En esta tesis doctoral, se han diseñado tres familias de análogos de somatostatina de catorce residuos, sustituyendo a las L-β-fenilalanina en posiciones 6, 7 y 11 por los aminoácidos aromáticos no naturales L-β-3’,5’-difluorofenilalanina, L-β-3’-piridilalanina y L-β-4’piridilalanina. Al utilizar estos aminoácidos (de menor densidad electrónica aromática que L-β-fenilalanina), la potencia de las interacciones aromáticas intramoleculares aumenta, lo que ha permitido obtener la estructura de la conformación mayoritaria para cada uno de los derivados estudiados. Además, se incluyeron los aminoácidos L-β-mesitilalanina y L-β-3’,4’,5’-trimetilfenilalanina (de mayor densidad electrónica) en determinados péptidos, incrementando aún más la fuerza de las interacciones aromáticas. Los estudios conformacionales (realizados mediante RMN) demuestran que la inclusión de un aminoácido aromático pobre en electrones, en posición 7, provoca un acercamiento espacial de tipo clúster de los tres residuos aromáticos 6, 7 y 11. Este ordenamiento favorece la interacción con SSTR3. Cuando estos aminoácidos fueron incluidos en posiciones 6 u 11, se produjo una interacción entre 6-11, quedando el aminoácido 7 por la otra cara del péptido. En estos casos, al sustituirse la fenilalanina en posición 7 por L-β-mesitilalanina, se aumenta la selectividad por SSTR2. Concretamente, [L-4’Pya6_L-Msa7_D-Trp8]-SST presenta un perfil de actividad completamente selectivo para SSTR2, alcanzando además los niveles de afinidad de la SST. Por último, se sintetizaron diversos análogos de cortistatina, determinando de nuevo su conformación tridimensional mayoritaria, además de determinar su respuesta in vivo e in vitro frente a enfermedad de Crohn y perfil farmacológico en SSTR1-5. Sólo uno de ellos, con estructura tipo clúster, obtuvo un perfil de respuesta similar a CST frente a diferentes parámetros de enfermedad inflamatoria intestinal.

Plastic scintillation microspheres (PSm) are a solid dispersion of one or more fluorescent solutes encapsulated within a polymeric matrix. PSm appear as an alternative to the use of liquid scintillation cocktails for radioactivity determination with the advantage of avoiding the mixed waste, for the measurement of salty samples, for performing measurements in continuous, or for employing them as a medium to join the measurement and separation steps. However, PSm are not completely available in the market, since only a few providers supply them at a high cost and with a limited range of sizes and compositions. This thesis has been focused in two main objectives. The first one has been the evaluation of the feasibility of different methodologies to produce PSm, starting at laboratory scale and addressing their production at a higher scale. The second one has been to increase the knowledge about the energy transfer mechanism through the evaluation of different quenching agents and different organic scintillators. The production of PSm was successfully performed through organic solvent extraction/evaporation methodology (E/E). Other techniques based on drying, the Spray Drying (SD) and the supercritical antisolvent (SAS) were also evaluated. The E/E allowed the production of PSm at laboratory and at large scale with features and radiometric performances comparable to those of the commercial ones, and also producing PSm with the ability for alpha/beta discrimination. On the other hand, SD and SAS proved to produce PSm and polystyrene based submicron particles, respectively, which enabled the measurement of radioactivity but involving a high associated operational cost and a low production yield. Finally, the evaluation of the energy transfer mechanism was performed by conducting a systematic study of the interference of several quenching agents when different organic scintillators were employed. Moreover, the wide range of PSm diameters obtained allowed the study of the relationship between the size and the radiometric capacities, resulting in a better understanding of the energy transfer mechanism through the evaluation of the particle and optical quenching. / Las microesferas de centelleador plastico (PSm) son una dispersión sólida de uno o más solutos fluorescentes disueltos y encapsulados en una matriz polimérica. Su diámetro puede variar desde los pocos hasta varios centenares de micrómetros. Las PSm han aparecido como una alternativa al uso de los cócteles de centelleador líquido para la mayoría de las deteminaciones de radionucleidos de media y alta energía, con la ventaja de que al estar polimerizadas se evita la producción del residuo mixto (mezcla de residuos orgánicos y radioactivos). Por otro lado, las PSm son de utilidad en las medidas de muestras salinas, de sistemas de medida en continuo y además sirven de soporte para la inmovilización de extractantes selectivos a determinados radionucleidos. Sin embargo, las PSm no están completamente disponibles en el mercado, ya que existen sólo un par de casas comerciales capaces de proveerlas a un alto coste y con un rango limitado de diámetros y composiciones. El presente trabajo ha sido enfocado en dos objetivos principales. El primero, ha sido evaluar diferentes metodologías que permitan la producción de PSm de diferentes diámetros y composiciones a escala de laboratorio para superar la dependencia sobre los proveedores comerciales y a su vez, ampliar su uso en nuevas aplicaciones. El segundo objetivo, ha sido explorar el mecanismo de transferencia de energía en las medidas de radionucleidos cuando se emplean las PSm. La síntesis de PSm se llevó a cabo por medio de diferentes técnicas. La primera, basada en la evaporación/extracción del disolvente orgánico. Dicha técnica permitió la producción de PSm con un alto rendimiento y con características físicas y capacidades radiométricas similares a las de las microesferas de centelleador plástico de origen comercial. También permitió la evaluación de la encapsulación de los solutos fluorescentes, la producción de microesferas con capacidad para discriminar partículas alfa y beta, la evaluación de los parámetros de síntesis para optimizar la producción y además se empleó para producir PSm a una mayor escala que la empleada en el laboratorio (prueba de concepto con equipos industriales). Por otro lado, la producción de PSm mediante las técnicas basadas en el secado del disolvente orgánico (Spray Drying y antidisolvente supercrítico). Dichas técnicas permitieron la producción de PSm y de partículas poliméricas centelleadoras de tamaño submicrométrico, respectivamente, capaces de medir la radioactividad. Sin embargo, resultaron en un alto coste operacional asociado y bajos rendimientos de producción. Finalmente, la evaluación del mecanismo de transferencia de energía se llevó a cabo mediante el estudio sistemático de diferentes interferentes (NaCl, BaCl2, glicerina, nitrometano y naranja de metilo) y distintos centelleadores orgánicos (PSm de diferentes diámetros, cóctel de centelleador líquido y cóctel de centelleador gel) para la medida de dos emisores beta de baja y alta energía, 3H y 36Cl, respectivamente. Adicionalmente, teniendo en cuenta el amplio rango de diámetros de PSm obtenidos mediante las diferentes metodologías, fue posible realizar algunas observaciones sobre la relación de las capacidades radiométricas de diferentes radionucleidos respecto al tamaño de diámetro de las PSm, basadas principalmente en los fenómenos de quenching de partícula y de quenching óptico.

El presente trabajo aborda la preparación de varios compuestos lactónicos naturales y sintéticos de posible actividad antitumoral, aplicando para ello los fundamentos y resultados de nuestras diferentes líneas de investigación como herramienta sintética. Como complemento hemos llevado a cabo la evaluación de su actividad citotóxica hacia líneas celulares de cáncer humano, para estudiar su aplicación como posibles agentes antineoplásicos. En las primeras aproximaciones, empleamos el protocolo de hidroboración de alenos-adición a aldehídos descrito en nuestro grupo y que permite construir estereoselectivamente sistemas 1,3-diol, a partir de los cuales se puede acceder a estructuras y-butirolactona. En primera instancia sintetizamos el fragmento lactol del antitumoral Halicoblelida, observando el alcance efectivo del proceso tándem de hidroboración-adición. En la segunda aplicación, conseguimos sintetizar la forma natural del antibiótico (—)-Isoavenaciolida, bislactona perteneciente a una familia de compuestos naturales que han demostrado interesantes propiedades farmacológicas. Sin embargo, el intento de aplicar la reacción tándem de hidroboración de alenos-adición a aldehídos no permitió acceder a la estereoquímica requerida para la preparación de la bislactona (±)-Avenaciolida, un antibiótico natural perteneciente a la misma familia que su homóloga. Para su acceso, aplicamos una metodología de ciclocarbonilación sobre glioxilatos preparados a partir de sistemas alénicos, ampliamente usados en nuestro grupo de investigación. Este proceso, aunque con bajo rendimiento, nos permitió lograr la obtención directa del esperado antibiótico. El objetivo posterior se focalizó en la obtención del compuesto antitumoral C75, que presentaba como etapa clave de la síntesis la versión intramolecular de una de las herramientas más usadas en el campo de la activación C-H, la alquilación alílica catalizada por complejos de paladio. Sin embargo, a pesar de los números esfuerzos y cambios de estrategia aplicados, el proceso intramolecular no llegó a término y decidimos abandonar la síntesis y centrarnos en la aproximación sintética de una colección de derivados lactámicos basados en la estructura del compuesto líder C75. Nuevamente las condiciones de alquilación intramolecular catalizada por paladio fallaron cuando se aplicaron sobre la amida secundaria en un intento de obtener la correspondiente lactama N-libre. Sin embargo, la aplicación de esta metodología sobre la amida N-bencilada logró desencadenar la transformación alílica generando simultáneamente la y-butirolactama esperada y el producto de acetoxilación alílica fácilmente transformable en la anterior. La posterior conversión del doble enlace en éster de metilo y la introducción de la olefina exocíclica condujeron favorablemente al derivado nitrogenado del C75. Las moléculas descritas, tanto naturales como sintéticas, junto con otros compuestos diseñados en nuestro grupo investigación, fueron destinados a evaluar sus propiedades antitumorales sobre diferentes líneas tumorales como ovario, mama y colón, tomando como control células sanas de fibroblastos gingivales. La evaluación biológica de moléculas derivadas del C75 nos ha permitido ir elucidando poco a poco las características estructurales necesarias para desencadenar una potente actividad citotóxica hacia líneas tumorales de diferentes tejidos. En base a ello, hemos conseguido diseñar estructuras alfa-metilén-gamma-butirolactónicas y lactámicas racémicas capaces de proporcionar una respuesta anticancerígena mayor que el C75. El ácido DS70 y especialmente el alcohol M10 han conseguido alcanzar unos valores de citotoxicidad importantes para una gama de derivados nitrogenados no estudiados hasta la fecha, poniendo de manifiesto que la presencia de un grupo polar donador de puentes de hidrógeno en la posición beta del anillo, es determinante para frenar la actividad de la enzima FAS y por extensión, la proliferación celular. Este hecho, se ha visto respaldado por los elevados valores de viabilidad obtenidos con moléculas donde el grupo polar, ya fuese ácido o hidroxilo, se encontraba protegido (N11 y N12) o ausente (Avenaciolida e Isoavenaciolida), al no inducir apoptosis en ningún rango de concentración o hacerlo a dosis muy elevadas en cada una de las líneas celulares. / The preparation of various natural and synthetic products having possible antitumor activity is reported. A cytotoxic evaluation using different human cancer cell lines has also been carried out on the new compounds synthesized in order to evaluate their application as possible antineoplastic agents. Chapter 1 describes the application of the strategy of allene hydroborationaldehyde addition described by our group for synthesizing y-butyrolactones. The first application of this method was directed towards the synthesis of the lactol fragment of the antitumor agent Halicoblelide, which is structurally related to the a-methylene-y-butyrolactone family of compounds. Subsequently a more ambitious objective was undertaken in the total synthesis of the bislactone natural product (-)-Isoavenaciolide. This compound has antibiotic activity and structural similarities to the antitumor agent C75, whose synthesis and biological evaluation was undertaken by Kamil Makowsky in our research group. Unfortunately, the allene hydroboration-aldehyde addition strategy did not provide sufficiently high yields or diastereoselectivities when applied to the synthesis of the natural product (-)-Avenaciolide. As an alternative the cyclocarbonylation of allene substrates, widely used in our group, was employed and allowed the desired natural product to be obtained directly albeit in low yields. In the first part of Chapter 2 the synthesis of the antitumor agent C75 using an intramolecular alkylation as the key step was attempted. Nevertheless despite carrying out a study on different allylic substrates under a range of conditions, it was not possible to bring about the desired intramolecular reaction required for the synthesis of C75. In the second part of Chapter 2 we centred our attention on the synthesis of a new series of nitrogenated derivates of C75. Again the desired intramolecular alkylation failed when applied to the cyclization of the secondary amide required for synthesizing the corresponding lactam incorporating a free NH group in the final product. Nevertheless the application of the same approach to the N-benzylated substrate did allow the desired y-butyrolactam to be obtained, which was subsequently transformed into trans-70. In Chapter 3 a study of the antitumor properties of the new compounds using ovarian, breast, and colon human cancer cell lines compared against healthy gingival fibroblast cells as control. The acid trans-70 and especially the alcohol M10 exhibited levels of cytotoxicity higher than those of C75 itself, demonstrating the importance of polar functional groups capable of hydrogen bonding at the 13 position of the ring for promoting inhibition of the FAS enzyme and, by extension, cellular proliferation.

Tesi realitzada a l'Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l'Aigua (IDAEA-CSIC) / Els contaminants orgànics persistents (COP) són un ampli grup de substàncies orgàniques molt resistents a la degradació fotolítica, biològica i química en el medi ambient, fet que els concedeix llargs temps de vida mitja en sòls, sediments, aire o biota. Això, sumat a la gran dispersió arreu del planeta d’aquests contaminants degut al seu transport a llargues distàncies (per les seves propietats físico-químiques) i a la seva toxicitat, fa que els COP esdevinguin un problema a escala global. Les dioxines (PCDD/Fs) i els bifenils policlorats similars a les dioxines (dl-PCBs) són dues de les principals famílies de COP, conegudes per la seva gran toxicitat i el seu potencial carcinogènic. Els dl-PCBs van ser produïts per a diverses aplicacions industrials, però durant les dècades dels 70 i dels 80 es va prohibir la seva producció a la majoria dels països industrialitzats. Les dioxines no han estat mai produïdes a propòsit, però són subproductes de diverses activitats industrials i processos de combustió. En les darreres dècades s’ha començat a prendre consciència de la perillositat d’aquestes substàncies tant pel medi ambient com per a la salut humana i s’han establert diverses regulacions per a controlar les seves emissions al medi així com organismes internacionals de control de COP com el Conveni d’Estocolm, que compromet els països signants a controlar els seus nivells ambientals existents. Les mostres analitzades en aquesta tesi en territori espanyol formen part dels compromisos adquirits amb el Conveni d’Estocolm. En aquesta tesi s’han analitzat els nivells de PCDD/Fs i dl-PCBs presents en diferents matrius ambientals i en diferents àrees, tant continentals com oceàniques, per tal de tenir una visió més global de la seva distribució i compartimentació ambiental, així com dels diferents processos que defineixen el seu destí final. Per una banda s’han analitzat ous de gavina, considerats un excel·lent bioindicador, en 5 parcs naturals distribuïts en la zona costanera d’Espanya durant 4 anys, analitzant les diferències espacials, temporals i entre dues espècies de gavina cohabitants en la mateixa àrea. Les gavines es troben situades en una alta posició de la cadena tròfica marina, fet que fa que l’acumulació de COP a través de la dieta sigui important. En cada posta es transfereix una part d’aquests contaminants als ous, esdevenint un bon bioindicador ambiental. Per altra banda s’han analitzat diverses mostres atmosfèriques de zones terrestres en diferents localitzacions d’Espanya i Colòmbia, en zones rurals/remotes, urbanes i industrials, utilitzant tant captadors actius, amb els que s’ha col·lectat la fracció de PM10, com captadors passius. En les 12 estacions espanyoles s’han recollit mostres des del 2008 fins a l’actualitat en cada estació de l’any, observat les tendències temporals i estacionals de les àrees estudiades. A Colòmbia l’estudi es centra en una ciutat andina, situada a més de 2000 metres d’altitud i propera a un volcà actiu. L’estudi de la fracció de PM10 amb captadors actius, al mateix temps que l’estudi atmosfèric amb els captadors passius, ha permès analitzar la diferent compartimentació de dioxines i bifenils policlorats en l’atmosfera i observar les seves principals fonts d’emissió. Entre els aspectes més innovadors d’aquesta tesi en podem destacar un darrer apartat que mostra els resultats de PCDD/Fs i dl-PCBs obtinguts en àrees oceàniques. L’oceà obert es considera un ambient clau en la dinàmica global dels contaminants degut a la seva enorme cobertura espacial de la superfície terrestre, el seu elevat potencial de degradació i la seva capacitat d’actuar com a reservori i desguàs de substàncies químiques antropogèniques. La seva amplitud espacial i el difícil accés a la recol·lecció de mostres fa que existeixin poques o nul·les dades sobre els nivells de PCDD/Fs i dl-PCBs en l’oceà obert. Durant la campanya de circumnavegació Malaspina 2010 a través de les zones tropicals i subtropicals dels oceans Atlàntic, Pacífic i Índic van ser recollides i analitzades 39 mostres atmosfèriques (fase gas i aerosol) i 29 mostres de plàncton. Amb les mostres atmosfèriques s’ha pogut conèixer els nivells atmosfèrics oceànics globals i avaluar la degradació i la deposició seca atmosfèrica de les PCDD/Fs i els dl-PCBs, parametritzant amb les dades de deposició seca per tot l’oceà, la quantitat d’aquests contaminants que es dipositen anualment sobre la superfície oceànica des de l’atmosfera. Els resultats de PCDD/Fs i dl-PCBs en el plàncton oceànic són els primers que s’obtenen ja que fins ara només existien dades d’algunes zones costaneres. S’han pogut estudiar els diferents processos biogeoquímics que determinen els nivells de contaminants en el plàncton oceànic així com la biodilució, la influència de la deposició atmosfèrica i els fluxos verticals associats a la sedimentació de matèria orgànica (bomba biològica) per tal de poder entendre i identificar les dinàmiques i el destí final dels contaminants orgànics persistents en l'Oceà Obert.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRBB) / The known as "difficult peptides", as well as those sequences that aggregate in solution, are some of those molecules with high applicability as nanomaterials or even in medicine field. This thesis has addressed to overcome the synthetic, as well as, the peptide manipulation in solution drawbacks associated to this kind of peptides. The strategies proposed and evaluated in the present work have been divided in three chapters classified depending on the strategies evaluated. The "difficult peptide" RADA-16, which is also a self-assembling peptide, has been described as a valuable sequence for its biomedical applications. In order to reach its synthesis with the maximum purity, three solid-phase peptide strategies (SPPS) were selected. First, the most commonly used, the stepwise methodology; and later the two convergent approaches: the solid-phase and the fragment condensation in solution. The four times repeating Arg-Ala-Asp-Ala sequence comprised in this peptide was crucial for the retro-synthetic design of both convergent strategies. Fragment condensation in solution of two fully protected segments resulted in the most fruitful strategy to synthesize the RADA-16 peptide. Development of a new work-up protocol was essential to achieve the final peptide with a satisfactory purity. Several HPLC conditions of commercial RADA-16 samples were studied allowing to find the most significant parameters to achieve an accurate characterization of this peptide. In the second chapter, the design of a new backbone amide protecting group, the Mmsb, was developed as a "safety-catch" protector to facilitate the synthesis of "difficult peptides". The solid-phase incorporation of the Mmsb into a sequence was preceded by the synthesis of an alanine protected with the Mmsb. The safety-catch property of this protecting group was confirmed by evaluating its stability to the cleavage conditions, and its subsequent lability after a chemoselective modification. Three difficult peptides were selected to evaluate the Mmsb strategy, the decaalanine, the RADA-16 and the Aß(1-42). The three peptides were synthesized by SPPS affording improved purities when one Mmsb moiety was present in the sequences, compared with those non-protected peptide syntheses. Moreover, due to the presence of Mmsb containing sequences after the cleavage from the resin, the solubility of the three peptides resulted enhanced compared with the non-Mmsb containing sequences. Two of these peptides were purified by HPLC confirming that thanks to the enhanced solubility this step was possible to be performed. The last chapter was focused on the strategy to solubilize non-polar molecules/peptides in solution by conjugation of short cationic peptide sequences (known as solubilizing tags). The permanent and temporary conjugation methods were evaluated in this chapter. Initially, various short cationic peptide sequences based on Lys or Arg residues were synthesized and conjugated to a non-polar model to evaluate their effect in terms of polarity as permanent conjugation model. The most polarity enhancer tag structure was linked to a known insoluble drug providing a proof of concept to demonstrate the tag contribution to enhance the solubility and polarity of some drugs. The temporary conjugation of a non-soluble peptide, through a linker, to a short linear poly-Lys solubilizing tag was evaluated herein. The Mmsb-OH is a linker described in the literature which was used in this study as a connector between the solubilizing tag and the insoluble peptide. Enhancement of solubility of the peptide permitted the accurate peptide characterization. A final step allow to reach the peptide target by detaching it from the solubilizing tag. A new application of the Mmsb-OH linker was provided in this case as a new C-terminal protecting group. This protector allow to carried out the fragment condensation of two fully protected sequences in solution successfully and, the subsequent protecting groups removal rendered the expected peptide. / En la presente tesis, en base al diseño de metodologías de síntesis que contribuyen a facilitar la obtención de péptidos complejos, se ha participado en el desarrollo de nuevas herramientas para la síntesis de los llamados "péptidos difíciles". Además, facilitando también la purificación de aquellos péptidos que agregan en solución. Dentro del campo de la síntesis de péptidos en fase-sólida (SPPS), este trabajo se encuentra dividido en tres capítulos, clasificados según el tipo de estrategia abordada en cada caso. En el primer capítulo se han evaluado tres estrategias conocidas para poder obtener el "péptido difícil" RADA-16 con la máxima pureza. El desarrollo de la obtención de este péptido, con elevado interés en la biomedicina, se ha basado en la SPPS, combinada con la síntesis de péptidos en solución. De modo que, mediante la condensación en solución de dos fragmentos de RADA-16, sintetizados previamente en fase-sólida, se ha logrado la secuencia con una pureza razonable. Además, se ha diseñado un método de eliminación de las impurezas principales, así como un protocolo para una rigurosa caracterización mediante HPLC. En el segundo capítulo se han sintetizado tres "péptidos difíciles" mediante la incorporación, en sus secuencias, de un nuevo grupo protector para las amidas. La síntesis del grupo y su incorporación se han desarrollado con resultados satisfactorios. La mejora en la síntesis de las secuencias que contenían este grupo han permitido la obtención de los péptidos con mayor pureza, comparado con aquéllos que no contenían este grupo. La presencia del grupo protector en los péptidos ha hecho aumentar su solubilidad en solución y por tanto ha facilitado también su caracterización y purificación. En el tercer capítulo se han diseñado péptidos iónicos de cadena corta que, conjugados a una molécula/péptido apolar, han hecho aumentar su solubilidad y, consecuentemente, su manipulación en solución. De manera permanente y temporal, esta unión se ha realizado para dos casos, demostrándose una solubilidad mejorada que ha permitido una adecuada caracterización. Un espaciador bifuncional, descrito previamente en la literatura, se ha utilizado para la conjugación temporal, y además se ha desarrollado como nuevo grupo protector de ácido carboxílico C-terminal para péptidos.

The Central Asia region is dominated by the Zagros orogen in the western sector and the Himalaya-Tibetan orogen in the eastern sector, which resulted from the subduction of the Tethys oceanic lithosphere towards the NNE and the subsequent collision of the Arabia and India plates with the Eurasia plate during the Cenozoic. The collisions produced tectonic escapes toward lateral regions (in Anatolia and south-eastern Tibet), oblique convergence in the Zagros fold-and-thrust belt, the formation of the Makran subduction zone and shortening in Himalaya, Karakorum and Tibetan Plateau. Different mountain belts also developed far into the continent interiors, e.g. Caucasus, Alborz, Kopet Dagh, Pamir and Tian Shan. The lithosphere structure plays an important role in controlling the surface deformation and its propagation inside the continent. The compositional and strength heterogeneities within the lithosphere directly affect the tectonic behaviour of the region and, hence, the evolution of the orogenic systems. This Thesis focalizes on the characterization of the lithospheric structure of the Zagros and the Himalayan-Tibetan orogens and on the role of the lithospheric structure and rheology in the accommodation of the deformation related to the Arabia and India convergence against Eurasia. The lithospheric structure of the Zagros and the Himalaya-Tibetan orogens has been characterized from the thermal, compositional and seismological viewpoint using an integrated geophysical-petrological modelling approach. The models make compatible seismic, density and thermal modelling findings, and allow quantifying the effect of mineral physics on previous results from integrated thermal models. The results obtained in the Zagros orogen reveal that the transition from the Arabian to the Eurasian lithosphere is characterized by a thinning of the lithospheric mantle extending from the suture zone beneath the Zagros range to the Alborz in the North and the Central Iran. The lithospheric mantle composition is compatible with a Proterozoic peridotitic mantle-type beneath the Arabian Platform, the Mesopotamian Foreland Basin and the accreted terrains of the Eurasia plate, and with a more depleted Phanerozoic harzburgitic mantle-type below the frontal parts of the Zagros range. In the Himalaya-Tibetan orogen, the results suggest that the present-day lithospheric mantle structure is laterally-varying within the Tibetan Plateau in the east-west direction. The lithospheric mantle is thicker and more buoyant in the western sector than in the north-eastern sector. The lherzolitic mantle-type is the dominant mantle composition, but it changes to a more fertile composition beneath the Tarim Basin, to a Fe-Mg-rich mantle beneath Tian Shan, Junggar and Altai regions, and to highly MgO-depleted mantle in the north-eastern Tibetan Plateau. The results on the present-day lithospheric structure of the Zagros and the Himalaya-Tibetan orogens have been combined with the present-day kinematics, geodetic observations and stress data to characterize the current deformation patterns in the Central Asia region related to the tectonic convergence of the Arabia and India plates with Eurasia. The thin-sheet approach allowed investigating the effect of the lithospheric structure, rheology, boundary conditions, and friction coefficient on the predicted velocity and stress fields. The models reproduce the main directions of the velocities in Central Asia by only imposing the convergence of Arabia and India plates respect to the fix Eurasia, and varying the rheology parameters. The models simulate the observed kinematics including the counter-clockwise rotation of Arabia and Iran triggering the westward escape of Anatolia, and the eastward extrusion of the northern Tibetan Plateau structural domains. Besides the large scale, the models offer a coherent result in regions with little or no data coverage, as in the case of the Arabia-India inter-collision zone, over large areas of Pakistan and entire Afghanistan. The study has been supported by the project ATIZA (CGL2009-09662-BTE), and the FPI grant associated to. / Asia Central está dominada por dos importantes orógenos, el orógeno del Zagros y el sistema Himalaya-Tibet, resultantes de de la colisión de las placas Arábiga e India con el margen meridional de la placa Eurasiática. Esta Tesis se focaliza en: 1) la caracterización del manto litosférico a través de un metódo de modelización geofísico-petrológico integrado y 2) el estudio del efecto de la estructura litosférica y de la reología en la deformación neotectónica relacionada con la convergencia de Arabia y de India respecto a Eurasia utilizando una metodología basada en la aproximación de lámina delgada (thin-sheet). En el caso del orógeno del Zagros, los resultados revelan que el manto litosférico se adelgaza debajo de Irán Central, del Alborz y parcialmente debajo de la cordillera del Zagros. En el caso del sistema Himalaya-Tibet, los resultados indican una litosfera engrosada en el sector occidental, debajo de la cordillera Himalaya, Meseta del Tibet, Kunlun Shan y Tian Shan, y un adelgazamiento debajo de las cuencas de Tarim y de Junggar. En el sector oriental los resultados confirman que la Meseta del Tibet está suportada por una litosfera más adelgazada y caliente en el norte que en el sur. Ha sido necesario introducir variaciones laterales de composición mantélica, relacionadas con procesos del manto litosférico superior, en todos los perfiles modelados evidenciando la presencia de diferentes dominios litosféricos. El estudio de la deformación neotectónica ha revelado el rol clave de la reología en la reproducción del campo de esfuerzos y de velocidades en Asia Central, sugiriendo una litosfera menos rígida en la Meseta del Tibet que en la meseta de Irán. En conjunto, la deformación es más rápida en la zona de colisión India-Eurasia que en la zona de colisión Arabia-Eurasia. Finalmente, la presencia de un manto adelgazado en el noreste del Tibet y la consecuente disminución de viscosidad debida al aumento de temperatura explicarían la presencia de fallas extensionales en la Meseta del Tibet y reconciliarían el modelo con los datos de flujo de calor elevado y bajas velocidades sísmicas registrados en la región. Esta tesis ha sido financiada por el proyecto ATIZA (CGL2009-09662-BTE) y la beca FPI asociada.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous in the environment due to accidental spills during use, transport and storage of petroleum and coal derivatives. Their high chemical stability and hydrophobicity confers them recalcitrance. Because of their great persistence in the environment, toxicity and carcinogenicity, these compounds are on the list of priority pollutants. The most sustainable way to remove these compounds from soil without damaging its ecological structure and function is bioremediation. This technology uses the metabolic capabilities of microorganisms to decontaminate (degrade) polluted sites. Microorganisms act on the environment interconnected by metabolic networks, in which the byproducts generated by certain populations are utilized for others as a carbon source. Until recently, the PAH biodegradation studies were conducted by exposing individual compounds to pure strains. However, to improve the technology of bioremediation is necessary to unravel how these metabolic networks function in situ. The main objective of this Thesis was to contribute to the elucidation of microbial processes occurring in situ during PAH biodegradation in soils. Thus, two main approaches were used. First, the high molecular weight (HMW) PAH-degrading community of a creosote polluted soil was selected and characterized by new enrichment method using a biphasic system consisting of mineral medium and sand coated with a creosote NAPL previously biodegraded. Once the community became stable, its degrading potential was determined. In 12 weeks, consortium UBHP was able to significantly remove the compounds from 2 to 6 rings (90% fluoranthene, pyrene 90%, 66% benz(a)anthracene and chrysene 59%) and their alkylated derivatives. Key populations of this consortium were identified, based on their responses to specific substrates, phylogenetic, functional and metabolomic profiles, and recovery in pure culture. The phylotypes who played a key role in the degradation of HMW PAHs corresponded to Sphingobium, Sphingomonas, Achromobacter, Pseudomonas and Mycobacterium. Furthermore, the microbial processes driving the PAH removal in situ during the laboratory bioestimulation of a real creosote polluted soil were investigated. The degradation kinetics of PAHs, oxy-PAHs and N-PACs, together with the formation and/or accumulation of possible acidic products were correlated with key phylotypes and community shifts. A real-time insight into the community dynamics was obtained from the combined analysis of changes in global (genes) and active (transcripts) microbial communities, both at the phylogenetic (16S rRNA) and functional (genes RHD) level. The addition of nutrients resulted in a significant and substantial biodegradation of PAHs with 2, 3, 4 and 5 aromatic rings (93%) and the N-PACs (85%) at 150 days of incubation. During the highest degradation rates there was a transient peak of accumulation of both oxy-PAH and acid metabolites, which were later removed by the microbial populations present in the soil. The nutrient addition also resulted in a higher expression levels in both functional and structural genes, and the genera involved in the disappearance of such compounds were identified as Pseudomonas, Pseudoxanthomons, Achromobacter, Sphingobium, Olivibacter and Mycobacterium. / Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) predominan en numerosos emplazamientos contaminados en Europa. Debido a su alta persistencia en el medio y elevada toxicidad y carcinogenicidad, están en las listas de contaminantes prioritarios. La única manera de eliminar estos compuestos del suelo sin dañar la estructura y las funciones ecológicas es la bioremediación, que utiliza las capacidades metabólicas de los microorganismos para la degradación o detoxificación de los contaminantes. Los microorganismos actúan en el suelo mediante redes metabólicas en las que los subproductos de degradación de unas poblaciones sirven de fuente de carbono para otras. Hasta hace pocos años los estudios de biodegradación de HAPs se basaban en cultivos puros y sustratos individuales. Para optimizar las técnicas de bioremediación es necesario saber cómo funcionan esas redes metabólicas in situ. El objetivo principal de esta Tesis es contribuir a la elucidación de los procesos microbianos que tienen lugar in situ durante la biodegradación de los HAPs en suelos. Se seleccionó la comunidad degradadora de HAPs de elevado peso molecular (EPM) de un suelo contaminado mediante un nuevo método de enriquecimiento utilizando un sistema con medio mineral y arena contaminada con creosota previamente degradada. Una vez la comunidad se mantuvo estable, se determinó su potencial degradador. El consorcio UBHP fue capaz de eliminar significativamente los compuestos de 2-6 anillos (90% fluoranteno, 90% pireno, 66% benz(a)antraceno y 59% criseno). Las poblaciones clave de este consorcio fueron identificadas, en base a sus respuestas a sustratos específicos, perfiles filogenéticos, funcionales y de metabolómica, y su recuperación en cultivo puro. Los filotipos clave en la degradación de los HAPs EPM pertenecían a Sphingobium, Sphingomonas, Achromobacter, Pseudomonas y Mycobacterium. Se investigaron los procesos microbianos para la eliminación de HAP in situ durante la bioestimulación del suelo. Las cinéticas de degradación de los HAPs, oxi-HAPs y N-CAPs, junto con la formación y/o acumulación de posibles productos de oxidación, se correlacionaron con filotipos clave y cambios en la comunidad. A partir del análisis de los cambios en las poblaciones globales (genes) y activas (transcritos), tanto desde el punto de vista filogenético (16S ARNr) como funcional (RHD), se obtuvo una visión real de la dinámica de la comunidad. La adición de nutrientes promovió la biodegradación significativa de los HAPs de 2-5 anillos (93%) y de N-CAPs (85%). Se produjo la acumulación transitoria de oxi-HAPs y de metabolitos ácidos, que posteriormente fueron degradados. La adición de nutrientes también resultó en un aumento en la expresión de genes estructurales y funcionales. Los géneros principales fueron Pseudomonas, Pseudoxanthomons, Achromobacter, Sphingobium, Olivibacter y Mycobacterium.