Esta tesis presenta el diseño, desarrollo tecnológico, caracterización y aplicaciones tanto químicas como biológicas de micro- y nanodispositivos destinados a ser herramientas funcionales en biología celular. Esta línea de investigación es posible gracias a los avances obtenidos en el campo de las Micro- y Nanotecnologías, donde la aplicación de técnicas de miniaturización en la fabricación de sus dispositivos a escala celular es ya una realidad. Estas herramientas son lo suficientemente pequeñas como para etiquetar y permitir el seguimiento de embriones vivos o incluso actuar como sensores permitiendo el estudio de células vivas únicas de forma intra- y extracelular. Además, una de las características más relevantes de las micro- y nanoherramientas presentadas en esta tesis es su capacidad de suspensión, es decir, que estos dispositivos pueden ser liberados de la oblea en la que están fabricados y directamente actuar con las células en su mismo medio y en su misma escala. Estas herramientas presentan diferentes formas, tamaños, materiales y funcionalidades específicas, ya que la combinación de todas estas características o incluso la incorporación de partes nanoestructuradas en un solo dispositivo nos permite la obtención de herramientas multi-funcionales. Por todo ello, las micro- y nanoherramientas presentadas en esta tesis implican un gran número de aplicaciones como sensores y actuadores en biología celular. O incluso en el futuro estos dispositivos podrán ser aplicados en el campo de la nanomedicina como sistemas de diagnosis y drug delivery. / This thesis presents the design, technological development, characterization and chemical and biological applications of micro- and nanodevices which are focused on being functional tools for cell biology. This research is possible thanks to the recent advances in Micro- and Nanotechnologies, where the application of miniaturization techniques at cell scale is already a reality. These tools are small enough to label and track living embryos or even sense and operate in single living cells in an extra- and intracellular way. Furthermore, one of the most relevant new features of the micro- and nanotools presented in this thesis is the capability of being suspended, meaning that these devices can be released from the wafer and directly interact with cells in their same medium and at cell scale. These micro- and nanotools present different shapes, sizes, materials and specific functionalities, as the combination of these features or even the incorporation of nanostructured parts in a single device can let us obtain multi-tasking devices. Summarizing, the extensive capabilities of the presented micro- and nanotools imply a broad number of applications as sensors and actuators in cell biology. Or even in the near future, these devices can be applied in the nanomedicine field as diagnosis and drug delivery systems.

Mycoplamsa genitalium es un patógeno humano causante de uretritis no gonocócica y no causada por clamidias en hombres y de enfermedad pélvica inflamatoria y cervicitis. Los micoplasmas, además de ser muy interesantes para el estudio como células mínimas (dado el pequeño tamaño de su genoma), también presentan características únicas sólo presentes en este género. En particular, se ha detectado la presencia de mecanismos de adhesión y de motilidad, que además de estar implicados en el mecanismo de infección, sólo se encuentran en este género. En especial, el mecanismo de motilidad de M. genitalium consta de una estructura polar que contiene un característico citoesqueleto. Se conoce que este citoesqueleto está formado por varias proteínas implicadas en el proceso de adhesión y motilidad. En los tres primeros capítulos de esta tesis se ha determinado el papel de tres de estas proteínas: MG219, MG318 (también llamada P32) y MG386. El estudio se ha realizado gracias a la obtención de mutantes defectivos de estas proteínas. La proteína MG219 se ha hallado que es necesaria para el correcto funcionamiento de la maquinaria de motilidad de este organismo. Mediante fusión a proteínas fluorescentes se ha determinado la localización subcelular de esta proteína, que resulta localizar en la parte más cercana de la organela terminal respecto al cuerpo celular. Las células en ausencia de MG219 se mueven a una velocidad inferior a la mitad (y la mitad de frecuentemente) que las células de la cepa salvaje. Esta reducción de la velocidad es concomitante con la aparición de un mayor número de células en división y con múltiples organelas terminales. De una manera similar, las células de la cepa que carece la proteína P32 se mueven a velocidades inferiores (y con la mitad de frecuencia) que las células de la cepa salvaje. Además, se ha determinado que el N-terminal de P32 juega un papel importante en la estabilidad de las proteínas P110 y P140, las más importantes adhesinas de M. genitalium. También se ha establecido que la proteína P32 es crítica para la morfología de la parte más distal de la organela terminal. El último mutante generado en este trabajo, el defectivo para la proteína MG386, presenta importantes variaciones tanto a nivel de morfología celular como de motilidad. Las células de esta cepa presentan motilidad la mitad de frecuentemente que la cepa salvaje pero se mueven a una velocidad 1.7 veces superior. Sorprendentemente, esta cepa presenta un gran número de organelas terminales desancladas del cuerpo celular, sugiriendo un importantísimo papel de la proteína MG386 en el anclaje de la organela terminal al cuerpo celular. Se ha observado que la membrana alrededor del citoesqueleto se encuentra completamente recubierta por el complejo de adhesión o ‘nap’. Mediante estudios de microscopia electrónica se ha determinado la estructura a 3.5 nm por ctomografia crioelectrónica y a 1.9 nm por tinción negativa. Además, la tomografía crioelectrónica también ha desvelado la estructura a baja resolución del botón terminal del citoesqueleto, revelando que las placas que forman la mayor parte del citoesquelto son, en realidad, anillos de unos 20 nm de diámetro. Además, se han analizado por tomografía crioelectrónica 14 mutantes que carecen de diferentes proteínas (o dominios de éstas) relacionadas con motilidad y/o adhesión. El conjunto de todos estos datos aporta una visión global al conocimiento previo (y al generado en este trabajo) sobre el papel de las proteínas implicadas motilidad y formación del citoesqueleto de M. geniatlium. / Mycoplamsa genitalium is a human pathogen and the causative agent of non-gonococcal non-chlamydial urethritis in men and pelvic inflammatory disease and cervicitis. Mycoplasmas, besides being interesting as minimal cells (given the small size of its genome), also have unique features only present in its genus. In particular, the presence of mechanisms of adhesion and motility has been detected, and in addition of being involved in addition of being involved in the infection mechanism, are only found in this genus. In particular, the mechanism of motility of M. genitalium involves a polar structure containing characteristic cytoskeleton. It is known that the cytoskeleton is composed of several proteins involved in the adhesion and motility processes. In the first three chapters of this thesis dissertation the role of three of this proteins—MG219, MG318 (also called P32) and MG386—has been stablished. The study was conducted by obtaining null mutants strains of these proteins. The MG219 protein has been found to be necessary for the proper functionality of the motility machinery. By fusion to fluorescent proteins it has been determined the subcellular localization of this MG219, which located at the nearest part of the terminal organelle relative to the cell body. Cells in the absence of MG219 move slower than half speedy (and half frequently) the cells of the wild type strain. This speed reduction is concomitant with the appearance of a greater number of dividing cells and cell with multiple terminal organelles. In a similar manner, cells of the strain lacking P32 move at lower speeds (and with half also half frequently) than cells of the wild type strain. Furthermore, it has been determined that the N-terminal P32 plays an important role in protein stability P110 and P140, the major adhesins of M. genitalium. It has also been established that the P32 protein is critical to the morphology of the most distal part of the terminal organelle relative to the cell body. The last mutant generated in this work, the null mutant for MG386, presents significant alterations in both cell morphology and motility. The cells of this strain show motility half frequently than the wild type strain but move to a velocities as greater as1.7 times than the reference strain. Surprisingly, this strain has a high number of terminal organelles detached from the cell body, suggesting an important role of protein MG386 anchoring the organelle to the cell body. It has been observed that the membrane around the cytoskeleton is completely covered by the adhesion complex or "nap". By electron microscopy studies it has determined the structure by cryo-electron tomography at 3.5 nm and at 1.9 nm single particle by negative staining TEM of the purified P110 and P140 complex. Additionally, cryo-electron tomography also allowed to determine at low resolution the structure of the terminal button of the cytoskeleton, revealing that the plates forming most of the cytoskeleton are actually rings about 20 nm in diameter. In addition, 14 mutants lacking different proteins (or domains thereof) related to motility and / or adhesion have been analysed by cryo-electron tomography. All these data taken together provides an overview of the prior knowledge—in addition to the data generated in this work—of the role of the proteins involved motility and cytoskeleton formation in M. geniatlium.

Aquesta tesi doctoral es troba dividida en tres parts corresponents a les tres línees d’investigació que s’ha desenvolupat: (a) Complexos de reni i Ciprofloxacina; (b) Síntesi de radiofàrmacs de 2a generació d’elevada activitat específica; i (c) Estudi de la interacció de les metal·lotioneines de mamífer amb el fragment fac-{M(CO)3} (M =Re, Tc) (a) S’ha provat de descobrir el mecanisme d’actuació del radiofàrmac experimental 99mTc-Ciprofloxacina. L’anàlisi de l’activitat antibacteriana dels compost homòleg amb reni ha demostrat que les propietats antibiòtiques del complex estan lligades al caràcter làbil del seu enllaç. Amb conseqüència, s’ha proposat un mecanisme d’actuació del radiofàrmac que està d’acord amb les dades experimentals tant de la present tesi doctoral com les publicades fins el moment.(b) Els resultats obtinguts han demostrat que és possible l’aplicació de la metodologia proposada, basada en la reacció de transmetal·lació de complexos de zinc poc solubles en aigua. Els elevats valors de puresa radioquímica dels complexos de tecneci-99m sintetitzats, tenint en compte la baixa solubilitat de la biomolècula, demostren la viabilitat del mètode ja que s’aconsegueix disminuir un ordre de magnitud la relació entre biomolècula marcada i no marcada respecte dels mètodes actuals. (c) L’estudi de la interacció de les metal·lotioneïnes MTs amb els fragments carbonil, ha demostrat ser una bona alternativa als mètodes sintètics convencionals emprats avui dia en la preparació d’agents quelants de tecneci. L’obtenció per primer cop de l’estequiometria d’un compost Tc-MTs, obre la porta tant a la preparació de radiofàrmacs mitjançant la fusió de les MTs a altres proteïnes (Tc-MT-Biomolècula) com també a la possibilitat de marcatge i estudi in vivo d’aquestes. / This thesis is divided into three parts corresponding to the three lines of research that has been developed: (a) Ciprofloxacin and rhenium complexes; (b) 2nd Generation Synthesis of radiopharmaceuticals with high specific activity; and (c ) Study of the interaction of mammalian Metallothioneins with fragment fac-{M(CO)3} (M = Re, Tc) (a) It has tried to explore the action mechanism of experimental radiopharmaceutical 99mTc-Ciprofloxacina. Analysis of the antibacterial activity of the homologous rhenium compound has shown that the antibiotic properties of the complex are related to the labile nature of their bond. In consequence, it has been proposed a mechanism of action for the radiopharmaceutical that it is in agreement with the experimental data. (b) The results have shown that it is possible to apply the proposed methodology, based on transmetallation step reaction of zinc complexes poorly soluble in water. The high values of radiochemical purity of technetium-99m complexes synthesized, taking into account the low solubility of the biomolecules, it demonstrate the feasibility of the method, since the relation between labeled and unlabeled biomolecule decrease one order of magnitude compared with the currently methods. (c) The study of the interaction between Metallothioneins MTs and carbonyl fragments has proved a good alternative to the conventional synthetic methods, which are currently used in the preparation of technetium chelating agents. For the first time it has been obtained the stoichiometry of a compound Tc-MTs, opening the door for the preparation of radiopharmaceuticals through the fusion of MT to other proteins (Tc-MT-biomolecules), as well as the possibility of labeled MTs for in vivo studies

La llet d’euga és un aliment tradicional a l’Àsia central, Mongòlia i l’antiga Unió Soviètica, on ha estat una important font d’alimentació per a les seves poblacions. A Europa el consum de llet d’egua és relativament recent i es troba en expansió. Aquest fet es deu a l’alta qualitat que posseeix. El seu contingut en carbohidrats, proteïnes i sals és més similar al de la llet humana que el de la vaca. El perfil de caseïnes té més semblança a l’humà, fet que la fa més digestible pels infants. Els objectius d’aquesta Tesi doctoral són la caracterització microbiològica i enzimàtica de la llet d’euga, l’avaluació del potencial probiòtic i de la capacitat antimicrobiana dels bacteris àcid làctics aïllats, i l’avaluació d’aquesta llet com a protector per a processos de liofilització i conservació a llarg termini de soques làctiques. Els resultats obtinguts dels recomptes microbians de l’anàlisi de les llets crues procedents de dues eugues mostren que aquesta és, des del punt de vista microbiològic, apta per al consum humà. Es confirma que la llet d’euga posseeix un microbioma ampli que es veu modificat, quantitativament i qualitativa, al llarg de la gestació. També s’ha pogut veure com conté una gran varietat d’enzims constitutius detectables mitjançant kits comercials miniaturitzats. Aquests enzims presenten una variabilitat quantitativa al llarg de la gestació. De les 11 soques de bacteris àcid làctics aïllats de la llet d’euga, les que van presentar un potencial ús com a probiòtics per la seva seguretat i resistència in vitro a condicions gastrointestinals van ser les anomenades com a Lactobacillus plantarum 1, Lactobacillus plantarum 2, Lactobacillus plantarum 3, Lactobacillus plantarum 5 i Lactococcus brevis 2. Els bacteris àcid làctics aïllats a la llet i femtes equines posseeixen una capacitat antimicrobiana enfront una gran diversitat de microorganismes indesitjables com Kocuria rhizophila, Pantoea sp., Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Bacillus spp., Listeria monocytogenes, Proteus vulgaris i Enterococcus faecalis. La seva acció antimicrobiana es deu principalment a la formació d’àcids orgànics, però també a la producció de peròxid d’hidrogen i compostos termolàbils. La llet d'euga en pols es presenta com una bona alternativa a l'ús de la llet de vaca per a la liofilització de soques de Lactobacillus spp. i de Lactococcus lactis de procedència equina. A causa de la seva composició, molt similar a la llet materna humana, pot esdevenir un bon excipient per a aliments funcionals o complements alimentaris, especialment aquells destinats a la nutrició infantil i per a persones amb intolerància a la proteïna de la llet de vaca. / Mare's milk is a traditional food in Central Asia, Mongolia and the older Soviet Union, where it has been an important source of food for their populations. In Europe mare milk consumption is relatively recent and in expansion, due to the high quality it has. Its content in carbohydrates, proteins and salts is more similar to human milk than cow. The casein’s profile is more similar to human, which makes it more digestible for children. The objectives of this Thesis are the mare's milk microbiological and enzymatic characterization, the evaluation of potential probiotic and antimicrobial capacity of lactic acid bacteria isolated, and the assessment of this milk as a protector for freeze drying processes and long-term preservation of lactic strains. The results of the microbial count analysis of raw milk from two mares show that this is, from the microbiological perspective, suitable for human consumption. It is confirmed that the mare's milk has a broad microbiome that is modified, quantitatively and qualitatively, throughout pregnancy. It has also been seen as containing a variety of constitutive enzymes detectable by commercial kits miniaturized. These enzymes have a quantitative variability during pregnancy. Of the 11 strains of lactic acid bacteria isolated from mare's milk, six showed a potential use as probiotics because of their safety and in vitro gastrointestinal conditions resistance. The strains were known as Lactobacillus plantarum 1, Lactobacillus plantarum 2, Lactobacillus plantarum 3, Lactobacillus plantarum 5 and Lactococcus brevis 2. The lactic acid bacteria isolated from equine milk and feces have an antimicrobial ability against a variety of undesirable microorganisms as Kocuria rhizophila, Pantoea sp., Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Bacillus spp., Listeria monocytogenes, Enterococcus faecalis and Proteus vulgaris. Its antimicrobial action is mainly due to the formation of organic acids, but also the production of hydrogen peroxide and thermolabile compounds. The mare's milk powder is presented as a good alternative to the use of cow's milk for the freeze drying of Lactobacillus spp. and Lactococcus lactis equine strains. Due to its composition, very similar to human milk, it can be a good excipient for dietary supplements and functional foods, especially those intended for children nutrition and for people with cow's milk protein intolerance.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Wechselwirkung ultrakalter Atome mit der Mode eines optischen Resonators hoher Güte. Die Atome sind dabei in einem periodischen Potenzial gefangen, dessen Periodizität nicht kommensurabel mit der Wellenlänge des Resonators ist. Ein Laser regt die Atome an und sie streuen Photonen in die Resonatormode, wobei die Emission inkohärent ist, falls die Laue- Bedingung nicht erfüllt ist. Dieser Fall wird betrachtet und es werden Bedingungen ermittelt, für welche nichtlineare optische Prozesse auftreten können. Die Eigenschaften des Lichtes werden untersucht, wenn sich das System entweder wie ein parametrischer Verstärker verhält oder wie eine Lichtquelle mit "Antibunching"- Statistik. Weiterhin kann eine stationäre Verschränkung zwischen Licht und Spinwellen der Atome erzeugt werden. Im zweiten Teil wird die Situation betrachtet, in der die Nullpunktsbewegung der Atome für die Atom-Licht-Wechselwirkung relevant ist. Für große Parameterbereiche zeigen numerische Berechnungen, dass die Rückwirkung des Resonators die Formierung eines lokalen Schachbrettmusters in der atomaren Dichteverteilung erzeugt. Die einzelnen Atomgruppe dieses Musters stehen zueinander in fester Phasenbeziehung, was zur Erhöhung der Zahl der Resonatorphotonen führt. / In this thesis we investigate the interactions between ultracold atoms confined by a periodic potential and a mode of a high-finesse optical cavity whose wavelength is incommensurate with the potential periodicity. The atoms are driven by a probe laser and can scatter photons into the cavity field. When the von-Laue condition is not satisfied, there is no coherent emission into the cavity mode. We consider this situation and identify conditions for which different nonlinear optical processes can occur. We characterize the properties of the light when the system can either operate as a degenerate parametric amplifier or as a source of antibunched light. Moreover, we show that the stationary entanglement between the light and spinwavemodes of the array can be generated. In the second part we consider the regime in which the zero-point motions of the atoms become relevant in the dynamics of atom-photon interactions. Numerical calculations show that for large parameter regions, cavity backaction forces the atoms into clusters with a local checkerboard density distribution. The clusters are phase-locked to one another so as to maximize the number of intracavity photons.

Les aranyes de mar o Pycnogonida (Latreille 1810) són un extraordinari grup d’artròpodes marins; són estranys, fascinants i animals força primitius, fet que comporta una alta controvèrsia quant a afinitats amb altres grups. Estan distribuïdes per tot el món, i fins a dia d’avui, s’han descrit més de 1300 espècies i 80 gèneres. El següent resum sintetitza els treballs realitzats per tal de contribuir en l’estudi de la biogeografia i distribució batimètrica de les espècies antàrtiques, així com aportar nous coneixements sobre a la biologia alimentària de les espècies mediterrànies: Les aigües antàrtiques estan caracteritzades pels alts nivells de riquesa específica i d’endemismes, i els picnogònids antàrtics són excel·lents representants d’aquesta alta diversificació. Avui dia s’han descrit 264 espècies en aigües australs, que representen el 19.6% de les espècies mundials; 107 espècies són endèmiques d’aigües antàrtiques, mentre que 63 són comunes a ambdues zones, antàrtica i sub-antàrtica. El gènere amb major riquesa és Nymphon, que compta amb 67 espècies. S’ha proposat la hipòtesi del refugi insular bentònic com a explicació de la distribució actual de les aranyes de mar australs, proposant com a origen l’Arc d’Escòcia. Aquesta hipòtesi, juntament amb la migració des de la zona magallànica, podria explicar la riquesa específica extraordinàriament alta del Mar d’Escòcia. Els resultats conclouen que gairebé el 30% de les espècies presenten una distribució circumpolar; l’augment de les expedicions que impliquen un major nombre de mostrejos ha fet que augmenti la circumpolaritat, i per tant, davalli la endemicitat zonal. La informació bàsica sobre els patrons de distribució batimètrica, la diversitat d’espècies i la composició de la comunitat és escassa per a aquest grup. Les aportacions d’aquest treball quant a la distribució geogràfica contribueixen a comprendre millor les distribucions dels picnogònids antàrtics. Pallenopsis kupei és nou per a aigües antàrtiques, i sis espècies no s’havien trobat mai fins ara en aigües del Mar de Weddell. S’ha analitzat els patrons de distribució batimètrica en el Mar de Weddell, mostrant que la composició específica de la plataforma continental (des dels 100 fins als 900 m de fondària) difereix respecte a la del talús (a partir dels 900 m). Mentre que la majoria d’espècies estan confinades als límits de la plataforma continental, el talús està dominat bàsicament pel gènere Nymphon. Així, la profunditat sembla ser un factor important quant a la distribució de les aranyes de mar. Aquests resultats suporten la hipòtesi que els picnogònids antàrtics han evolucinat i diversificat a la plataforma continental, i posteriorment s’han submergit als fons profunds. La conca central de l’Estret de Bransfield està caracteritzada per una sèrie de volcans isolats. La fauna d’aquestes estructures volcàniques s’ha analitzat per intentar esbrinar si els volcans eren actius durant el període mostrejat. Les famílies més abundants són Nymphonidae i Colossendeidae, tot i que la biomassa és molt major pels colossendeids. Això indica que aquests probablement estan utilitzant l’estratègia de la K, enlloc de l’estratègia de la r que és més típica dels petits nymphonids. La col·lecció és representativa del bentos de la zona oest de l’Antàrtica. Les estructures volcàniques de la zona no estaven actives durant el mostreig. Nymphon australe Hodgson 1902 és l’espècie més abundant d’aranya de mar a l’Oceà Austral. Aquesta espècie està considerada com a circumpolar, euribàtica i morfològicament variable. En aquest estudi, s’investiga l’estructura genètica de les poblacions de N. australe al llarg de l’Antàrtica, utilitzant dades d’ADN mitocondrial. Els resultats suporten la circumpolaritat suposada per aquesta espècie, sense indicació d’especiació críptica. No obstant, les poblacions de la Península Antàrtica, el Mar de Weddell i l’Est Antàrtic estan efectivament aïllades, indicant que el flux genètic és limitat. A més a més, existeix una certa estructura genètica entre poblacions dins d’una mateixa zona. Es conclou que N. australe ha colonitzat amb èxit gran part de l’ecosistema marí antàrtic, tot i la seva limitada capacitat de dispersió. El sistema digestiu de les aranyes de mar no ha estat discutit en el context de la seva ecologia i comportament alimentari. S’ha estudiat el sistema digestiu de dues espècies, Ammothella longipes (Hodgson 1864) i Endeis spinosa (Montagu 1808), així com el procés digestiu que s’hi dóna. Les diferències més importants s’han observat en la probòscide, reflectint adaptacions segons la dieta. L’estructura de la boca i del filtre de la faringe, així com la musculatura de la trompa, són els trets més diferents alhora de comparar les dues espècies. Els productes salivals juguen un paper important en la digestió oral. El seu procés digestiu dels picnogònids difereix del de la majoria de crustacis i xifosurs marins, bàsicament per l’absència de cèl·lules glandulars en el digestiu mig, i la presència d’una cèl·lula digestiva multifuncional. Les cèl·lules epitelials presenten un estat de repòs durant els períodes de dejú. Durant la digestió, els grànuls secretors són alliberats al lumen intestinal, i es formen els lisosomes secundaris, on es dóna la digestió. Finalment, s’alliberen els cossos residuals al lumen per a ser excretats a través de l’anus. L’anàlisi d’àcids grassos ha estat demostrat com una bona eina per a determinar les relacions tròfiques i el comportament alimentari dels organismes, dels quals la seva dieta no pot ser inferida a partir del contingut estomacal. Les variacions estacionals en el contingut d’àcids grassos totals (TFA) i la composició d’àcids grassos ha estat analitzada en Ammothella longipes per tal d’establir les seves relacions tròfiques. Els resultats revelen que A. longipes és capaç modificar la seva dieta depenent de l’època de l’any, i l’aliment disponible. Aquesta espècie sembla ser carnívora durant la primavera i primers d’estiu, però s’alimenta de detritus quan les preses ja no són tan assequibles, durant l’hivern. S’han detectat alts nivells de cadena senar durant l’estiu i tardor, que són indicadors de bacteris adquirits a través de la dieta detritívora, o bé a través de la síntesi de novo a partir de propionat. El contingut TFA en A. longipes es manté durant tot l’any. Aquest fet concorda amb la seva activitat reproductora, que té lloc durant tot l’any excepte de maig a juliol, període durant el qual, adquireix una dieta carnívora. / Pycnogonida (Latreille 1810) or sea spiders are one of the most intriguing groups of marine arthropods; they are bizarre, fascinating and very primitive animals of highly controversial affinities. They are found worldwide, and more than 1300 species and 80 genera are described to date. This report summarizes the studies carried out to provide a better insight of the biogeography, bathymetric distribution and the feeding biology of this group. Antarctic waters are characterized by the high levels of species richness and endemism, and Antarctic sea spiders are excellent representatives of this highly diversification. To date 264 austral species have been recorded, accounting for 19.6% of the species recorded worldwide; 107 of them are endemic to Antarctic waters, while 63 are common in the sub-Antarctic and Antarctic regions. The richest genus is Nymphon, with 67 species. The benthic insular refuge hypothesis is proposed as an explanation for the southern distribution of the present pycnogonid fauna, with an origin in the Scotia Arc. This hypothesis together with the migration from the Magellan zone would explain the extremely high species richness of the Scotia Sea. Results conclude that nearly the 30% of the species present a circumpolar distribution; a tendency toward circumpolarity of species and subsequent decrease of zonal endemicity is noticed, probably due to the increasing expeditions with more sampling. Basic information regarding bathymetric distribution patterns, diversity of species, and community composition is scarce in this group. The geographical distribution remarks on the species in the present study contribute to the better understanding of Antarctic pycnogonid distributions. Pallenopsis kupei is new for Antarctic waters, and six species have not been found previously in the Weddell Sea. Bathymetric patterns of distribution are analyzed in the Weddell Sea showing a difference in the composition between the continental shelf (from 100 to 900 m depth) and the slope (below 900 m). Most of the species are confined to the continental shelf boundaries, whereas the deep sea is dominated by the genus Nymphon. Thus, depth seems to be an influential factor in the structure of pycnogonid assemblages. These findings support the hypothesis that these taxa have evolved and radiated on the shelf and later submerged in the deep sea. The central Bransfield Stratit Basin is dominated by series of isolated volcanoes and associated ridges. Here, the fauna from volcanic structures is analyzed to deduce whether the volcanoes were active or inactive during the sampling period. The most abundant families are Nymphonidae and Colossendeidae, though biomass is much greater for the Colossendeidae. This indicates that colossendeids are probably employing the K-strategy instead of the rstrategy, which is typical for smaller pycnogonids such as nymphonids. The volcanic structures sampled were inactive during 1996, since none of the specimens showed signs of hydrothermal phenomena. This collection is typically representative of the west Antarctic benthic zone. Nymphon australe Hodgson 1902 is the most abundant species of sea spiders in the Southern Ocean. The species is recognized as highly morphologically variable, circumpolar and eurybathic. In this study, we investigate the genetic structure of N. australe populations around Antarctica by using mitochondrial DNA data. Results support the circumpolarity supposed for N. australe, without indication of cryptic speciation. However, the Antarctic Peninsula, the Weddell Sea and the East Antarctica populations of N. australe are effectively isolated, indicating that gene flow is limited. Furthermore, there is some genetic structure among populations within zones. We conclude that N. australe has successfully colonized large parts of the Antarctic marine ecosystem, despite its limited dispersal abilities. The digestive system of sea spiders (Pycnogonida) presents peculiarities that have not been discussed in the context of their ecology or feeding behavior. The digestive system of two Mediterranean species, Ammothella longipes (Hodge 1864) and Endeis spinosa (Montagu 1808), is investigated and the ongoing digestive process observed. Major differences are observed in the proboscis, reflecting adaptation to their diet. The structures of mouth and pharyngeal filter as well as musculature of the proboscis are the main differential elements when comparing A. longipes to E. spinosa. Salivary products play an important role in the oral digestion. The digestive process in sea spiders differs from most marine arthropods mainly because of the absence of midgut gland cells and the presence of a unique multifunctional type of midgut epithelial cell. Epithelial cells are present in a small ‘resting’ form during starvation periods. During digestion, secretory granules are released to the midgut lumen and secondary lysosomes are formed, where digestion occurs. Residual bodies formed within the epithelial cell are released to the midgut lumen to be transported towards the hindgut. Fatty acid analysis has been largely proven to be helpful in determining seasonal trophic links and the feeding behavior in organisms in which diet cannot be inferred from stomach content analyses. Seasonal variations in total fatty acid content (TFA) and fatty acid composition of Ammothella longipes are analyzed to establish its trophic links. The results of this study reveal that A. longipes may change its feeding behavior depending on the season and available food. This pycnogonid species appears as a carnivore during spring and early summer, but it seems to feed on detritus when availability of prey diminishes during winter. Notable high amounts of odd-chain fatty acids are found in summer-autumn for this species, which may come from bacteria acquired from the detritical diet or from de novo biosynthesis from propionate. TFA content of A. longipes did not present seasonal variations. This is in accordance to its reproductive activity, which occurs throughout the year except from May to July, period in which they adopt a carnivory diet.

En el present treball s'han desenvolupat i caracteritzat biofilms per a la detoxificació d'efluents contaminats amb compostos reduïts de sofre. En primer lloc es va dissenyar un bioreactor basat en una columna il·luminada que aporta una gran i heterogènia superfície d'adhesió per als microorganismes, i en el qual no hi ha aportació externa d'oxigen. El sistema de control, basat en el potencial redox, permet mantenir constant la concentració residual de sulfur d'hidrogen en el rang micromolar, evitant la inhibició dels microorganismes i mantenint al mateix temps la qualitat de l'efluent generat.S'han realitzat tres experiments per tal de provar el sistema, el primer amb un cultiu pur de Chlorobium limicola, i després amb mostres naturals (sediment lacustre i tapet microbià) per tal d'aconseguir biofilms complexos. Els biofilms es desenvolupen ràpidament assolint-se una elevada biomassa en tots els casos. El comportament dinàmic del sistema és més lent que el dels sistemes de biomassa en suspensió, però alhora més estable a les pertorbacions. De fet, el sistema és capaç de mantenir l'oxidació de sulfurs i la qualitat de l'efluent generat fins i tot quan les condicions de llum incident o de concentració de sulfur d'hidrogen a l'entrada del sistema canvien. S'han caracteritzat els biofilms complexos amb eines clàssiques (microscopi i anàlisi de pigments) i també amb eines moleculars (biblioteques genètiques). En primer lloc, s'han avaluat diferents mètodes d'extracció d'ADN per tal de trobar el millor per a les nostres mostres. S'ha comparat l'eficiència d'extracció quantificant l'ADN obtingut, i la diversitat recuperada en cada mètode amb electroforesi en gels de gradient desnaturalitzant (DGGE). El mètode basat en un trencament mecànic amb microesferes de vidre seguit d'una lisi enzimàtica i una extracció amb fenol és el més apropiat per a l'extracció d'aquests biofilms.La caracterització del biofilms ha revelat una elevada diversitat microbiana tant a nivell filogenètic com fisiològic. Ambdós biofilms presenten una gran riquesa d'espècies així com un elevat grau de microdiversitat entre alguns grups. S'observen algunes diferències en els grups filogenètics predominants entre els dos biofilms. S'han recuperat membres relacionats amb les subclasses Alpha i Gamma del grup Proteobacteria, amb el grup Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides així com amb cloroplasts d'algues en ambdós biblioteques genètiques. A més, en el biofilm desenvolupat a partir del sediment lacustre, també s'han trobat membres de les subclasses Beta i Delta-Proteobacteria, del grup Cianobacteria i dels bacteris Gram-positius de baix contingut en G+C (Firmicutes). Per contra, la biblioteca realitzada amb el biofilm desenvolupat a partir del tapet microbià conté una elevada proporció de clons relacionats amb les Epsilon-Proteobacteria i amb els Chlorobi. Tot i que els membres trobats pertanyent a tots aquests grups filogenètics són diferents, representen els mateixos grups funcionals. El sulfhídric era oxidat anaeròbicament pels bacteris fototròfics del sofre i els bacteris vermells no del sofre, i aeròbicament pels bacteris quimiolititròfics del sofre utilitzant l'oxigen produït pels organismes fototròfics oxigènics. Altres microorganismes com els bacteris heterotròfics podrien contribuir al funcionament del sistema a través del reciclatge de la matèria orgànica.En conclusió, trobem una elevada diversitat tant a nivell funcional com taxonòmic en els biofilms desenvolupats. Diferents grups funcionals representats per diferent espècies (heterotròfiques, fotoautotròfiques i quimioautotròfiques) coexisteixen al sistema. A més, també trobem microdiversitat (similitud per sobre del nivell d'espècie en la seqüència del gen 16S ADNr). Aquesta elevada diversitat podria ser molt important per al funcionament a llarg termini del reactor. / This works deals with the development and characterization of complex sulfide-oxidizing biofilms. A bioreactor for biofilm development has been designed. The system is based on a non-aerated illuminated packed-column, which provides a large surface for microbial attachment. The reactor operates as a sulfidostat and the control system allows to maintain a constant concentration of residual sulfide in the micromolar range thus avoiding inhibition of sulfide oxidizers due to excessive sulfide load and ensuring a constant quality in the effluent.The system was first tested with a pure culture of Chlorobium limicola and, later on, with natural samples (freshwater lake sediment and a microbial mat) in order to develop complex biofilms. Biofilms developed vigorously on the column surface and high biomass was achieved in all the experiments. The dynamic behavior of the system was slower than in stirred reactors but more stable in front of sudden environmental changes. The system was able to process highly polluted effluents and to maintain the quality of the output generated even when conditions of light irradiance and sulfide income were suddenly changed. The biofilms developed were characterized using both, traditional techniques (i.e. microscopy and pigment analysis) and a molecular approach, in particular cloning and sequencing. First, of all, several DNA extraction procedures were evaluated in order to select the most suitable method for performing the diversity analysis of our biofilms. We compared the extraction efficiency (i.e. amount of DNA recovered), as well as the genetic diversity recovered by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). A DNA extraction based on a mechanical step of bead-beating followed by enzymatic lysis and by phenol-chloroform extraction, was the most appropriate protocol for these biofilms.Microbial characterization revealed that, in both cases, highly diverse biofilms covering a wide range of phylogenetic and physiologic groups had developed. Both biofilms presented high species richness and a high degree of microdiversity within some species. Some differences were observed in the predominant phylogenetic groups present in each biofilm. We recovered members affiliated to the Alpha and Gamma subclass of the Proteobacteria, the Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides group as well as plastids signatures from green algae in both biofilm libraries. Moreover, in the biofilm developed from the freshwater sample, other clones belonged to the Beta- and Delta-Proteobacteria, the Cyanobacteria and the low G+C Gram-positive whereas we recovered clones belonging to the Epsilon-Proteobacteria and to the Chlorobi only from the marine biofilm. Although members belonging to these phylogenetic groups were different in each case, they represented the same functional groups. Sulfide was oxidized both anaerobically by phototrophic sulfur bacteria and by purple nonsulfur bacteria, and aerobically by colorless sulfur bacteria using the oxygen produced by oxygenic phototrophs, as the system was non-aerated. Other groups, such heterotrophic bacteria, can also contribute to the functioning of the system by recycling organic matter. In conclusion, we found high diversity at both functional and taxonomic level. Different functional groups represented by different species (heterotrophic, photoautotrophic and chemoautotrophic microorganisms) coexisted in the bioreactor. Moreover, some of the species also showed microdiversity (similarity in 16S rDNA sequences below the species level). Such attributes could be very important for the long-term functioning and versatility of the reactor.

En el presente trabajo se ha estudiado el efecto del petróleo en las cianobacterias, bacterias fototróficas oxigénicas que forman las poblaciones dominantes de los tapetes microbianos. Se trata de ambientes bentónicos estratificados situados en costas litorales y que se encuentran en ocasiones expuestos a los vertidos accidentales de petróleo. El papel de las cianobacterias en la bioreparación del crudo es un tema que suscita mucho interés, aunque no se han dado, hasta el presente momento, datos concluyentes sobre si la degradación del petróleo se produce exclusivamente por un tipo de cianobacteria o por un consorcio de microorganismos.Considerando el objetivo anteriormente expuesto, se ha analizado la diversidad, y determinado los perfiles de biomasa individual y total de las cianobacterias, mediante microscopio láser confocal (CLSM) en los ambientes naturales contaminados y no contaminados por petróleo (delta del Ebro, Salins-de-Giraud, Colònia de Sant Jordi, Waulkmill bay, Swanbister bay y Etang de Bêrre) y en ecosistemas artificiales (mesocosmos). Así mismo, se ha aislado e identificado un consorcio de microorganismos con capacidad para degradar el petróleo.En los tapetes microbianos estudiados, se observan cambios tanto en la diversidad de las cianobacterias, como en su biomasa total. En los ambientes no contaminados se han identificado cianobacterias filamentosas como Microcoleus chthonoplastes, Oscillatoria sp., Lyngbya sp., Limnothrix sp. y cianobacterias unicelulares como Gloeocapsa sp., Chroococcus sp., Synechocystis sp., localizándose la concentración máxima de biomasa total principalmente en la capa óxica de los tapetes. En los ecosistemas poco contaminados, se han identificado principalmente cianobacterias unicelulares correspondientes al grupo Pleurocapsa, siguiendo la biomasa total de estos microorganismos un perfil parecido al de los ambientes anteriormente mencionados. En los muy contaminados, se identificaron exclusivamente cianobacterias del tipo filamentoso, observándose una reducción de la biomasa total a lo largo del tapete.En los ecosistemas artificiales (mesocosmos), las cianobacterias del tipo unicelular se detectaron solo en los contaminados por petróleo (aunque a muy baja concentración de biomasa), mientras que Microcoleus chthonoplastes fue la cianobacteria dominante, tanto en las muestras control, como en las contaminadas por el crudo.Dada la ubicuidad de esta cianobacteria en los diferentes tipos de ambientes estudiados, y por su reconocido papel en la estabilización de los sedimentos, el objetivo anterior se complementó con un análisis de la distribución de los perfiles de biomasa de este microorganismo durante un ciclo día-noche en los tapetes microbianos de Salins-de-Giraud. El estudio demostró la versatilidad metabólica de esta cianobacteria, al presentar máximos de biomasa, en capas sometidas a parámetros ambientales muy distintos: presencia de luz y O2 (31.22 mgC/cm3 de sedimento), presencia de luz y H2S (28.91 mgC/cm3 de sedimento).Finalmente, uno de los principales objetivos del trabajo, fue el aislamiento de Microcoleus sp. en cultivos de laboratorio para analizar el efecto sobre el crecimiento de este microorganismo, de dos tipos de petróleo: el Casablanca (con alto contenido de hidrocarburos alifáticos) y el Maya (rico en azufre y en compuestos aromáticos) y muy tóxico. A partir de dichos cultivos se aisló un consorcio de microorganismos, al que se denominó Microcoleus consorcio.La caracterización de este consorcio, se realizó utilizando técnicas microscópicas de alta resolución. El CLSM, permitió caracterizar e identificar a la cianobacteria filamentosa, mientras que la caracterización de las bacterias heterotróficas que formaban parte del consorcio, se realizó mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM). La identificación de las bacterias antes mencionadas se efectuó además mediante técnicas moleculares (Reacción en Cadena de la Polimerasa-Electroforesis en Gel de Gradiente Desnaturalizante). Los resultados obtenidos mostraban que el consorcio estaba formado por una cianobacteria, Microcoleus chthonoplastes y diferentes bacterias heterotróficas incluidas en la envuelta de exopolisacáridos de la cianobacteria. Las bacterias heterotróficas identificadas, fueron en su mayoría fijadoras de nitrógeno y pertenecían a diferentes grupos filogenéticos como a las ?, ? y ?, subclases de Proteobacteria, y al grupo CFB.Es importante mencionar, que el análisis químico del petróleo, después del crecimiento del consorcio, demostró que éste degradaba el crudo Maya; principalmente los alquiltianos, alquiltiolanos y carbazoles, lo que podría tener un gran interés en estudios futuros de ecotoxicidad. / The present work studies the effect of oil on cyanobacteria, oxygenic phototrophic bacteria that form the dominant populations of microbial mats. These are stratified benthonic environments located in coastal sites and that are sometimes exposed to accidental oil spills. The role of the cyanobacteria in the biorepair of oil is an issue that has raised considerable interest, although to date no conclusive data has been forthcoming on whether the degradation of oil is exclusively produced by a given cyanobacterium or by a consortium of micro-organisms.Bearing in mind the objective raised above, we have analysed the diversity and determined the profiles of individual and total cyanobacteria biomass, through confocal laser microscopy (CLSM), in natural environments (the Ebro delta, Salins-de-Giraud, Colònia de Sant Jordi, Waulkmill bay, Swanbister bay and Etang de Bêrre) and in artificial environments (mesocosms). At the same time, we have isolated and identified a consortium of micro-organisms capable of degrading oil.In the microbial mats studied, changes are observed both in the diversity of the cyanobacteria and in their total biomass. In the non-polluted environments, we have observed filamentous cyanobacteria such as Microcoleus chthonoplastes, Oscillatoria sp., Lyngbya sp., Limnothrix sp. and unicellular cyanobacteria such as Gloeocapsa sp., Chroococcus sp., Synechocystis sp., situating the maximum concentration of total biomass basically in the oxic layer of the mats. In those environments that are only slightly polluted, we have principally identified unicellular cyanobacteria corresponding to the Pleurocapsa group, the total biomass of these micro-organisms following a profile similar to that of the above-mentioned environments. In heavily polluted environments, we exclusively identify cyanobacteria of the filamentous type, observing a reduction in total biomass throughout the mat.In artificial ecosystems (mesocosmos), unicellular type cyanobacteria are only detected in oil contaminants (although at very low biomass concentrations), whilst Microcoleus chthonoplastes was the dominant cyanobacterium, both in control samples as well as in oil contaminants.Given the ubiquity of this cyanobacterium in the various environment types studied, and because of its recognised role in sediment stabilization, our earlier objective has been complemented with an analysis of the biomass-profile distribution for this micro-organism during the day-night cycle in the Salins-de-Giraud microbial mats. The study demonstrated the metabolic versatility of this cyanobacterium, on showing biomass maximums, in those layers subjected to very distinct environmental parameters, namely, the presence of light and O2 (31.22 mgC/cm3 of sediment), the presence of light and H2S (28.91 mgC/cm3 of sediment).Finally, one of the principal objectives of this work was that of isolating Microcoleus sp. In laboratory cultures so as to analyse the effect on the growth of this micro-organism of two types of oil: Casablanca (with a high content of aliphatic hydrocarbons) and Maya (rich in sulphur and aromatic compounds) and highly toxic. On the basis of these cultures, a consortium of micro-organisms was then isolated, which was given the name of the Microcoleus consortium.The characterization of this consortium was undertaken by high-resolution microscope techniques. CLSM allows the characterization and identification of the filamentous cyanobacterium, whilst characterization of the heterotrophic bacteria that formed part of the consortium was undertaken by transmission-electronic microscopy (TEM) and sweep microscopy (SEM). Identification of the above-mentioned bacteria was additionally carried out through molecular techniques (Polymerase-Electrophoresis Chain Reaction in Denaturalizing Gradient Gel). The results obtained show that the consortium was formed by a cyanobacterium, Microcoleus chthonoplastes, and different heterotrophic bacteria included within the exopolisaccharide sheath of the cyanobacterium. The heterotrophic bacteria identified were, in their majority, nitrogen fixers belonging to different phylogenetic groups such as ?, ? and ? subclasses of Proteobacteria and the CFB group.It is of importance to observe that the chemical analysis of oil, after the growth of the consortium, showed that the consortium degraded the Maya oil, principally alkylthiolanes, alkylthianes and carbazoles, which could be of considerable interest to future studies of ecotoxicity.

El genoma mitocondrial humano es una molécula circular de doble cadena localizada en la matriz mitocondrial. La transcripción del DNAmt se inicia a partir de tres promotores localizados en el D-loop, uno para la cadena ligera (L) y dos para la cadena pesada (H1 y H2). Las unidades de transcripción que se inician en H2 y en L producen una especie policistrónica gigante que cubre casi toda la cadena. En cambio, la transcripción iniciada en H1 se termina en el extremo 3’ del rRNA 16S. El papel principal de esta atenuación se debe al factor de terminación de la transcripción, mTERF. mTERF, es una proteína codificada en núcleo, cuya forma madura tiene 342 aminoácidos. Se ha descrito que se une a varios lugares estratégicos del DNA mitocondrial, donde controla procesos como la terminación de la transcripción o la pausa de la maquinaria de replicación mitocondrial. De estos lugares, el que presenta mayor afinidad es la secuencia de 28 pares de bases (DNA28pb) en el gen del tRNALeu(UUR) mitocondrial. Ensayos in vitro han demostrado que la unión de mTERF a esta región provoca la terminación de la transcripción del DNA mitocondrial en ambos sentidos. En este trabajo se estudia, desde un punto de vista estructural y mediante técnicas de cristalografía de proteínas, el complejo de mTERF con el DNA que contiene la secuencia de terminación. Durante la producción de mTERF recombinante, la proteólisis espontánea de la forma entera de la proteína (Arg56-Ala399) dio lugar a una variante corta, mTERF-ΔN (Arg99-Ala399) que mantenía la unión al DNA. Se determinó la estructura tridimensional del complejo con DNA de mTERF-ΔN a 2.4 Å de resolución. La disposición del DNA en el eje z del cristal provocó que los cristales de mTERF-ΔN en complejo con un DNA29pb, con un parámetro c de la celda unidad demasiado pequeño para albergarlo, presentaran graves problemas de anisotropía y desorden, dando lugar a mapas de densidad electrónica muy distorsionados. Se realizaron entonces ensayos de cristalización con oligonucleótidos de menor longitud, pudiéndose trazar y refinar el DNA y la proteína completa con los cristales de mTERF-ΔN en complejo con el DNA12pb. La estructura del fragmento ΔN se usó para resolver la estructura del complejo de mTERF entera con el DNA15pb a 3.1 Å de resolución. En estos cristales, la proteína interacciona mediante los subdominio N-terminal y C-terminal con dos moléculas de DNA simétricas que no interaccionan entre ellas y cuya posición relativa viene dada por un ángulo de ~36º. mTERF se une a la largo del surco mayor del DNA, estableciendo contactos con los fosfatos mediante 19 residuos y con bases nitrogenadas mediante 5 residuos. La estructura cristalográfica de mTERF consiste en nueve repeticiones estructurales, de TERF-I a IX, flanqueadas por un segmento N-terminal y una hélice α C-terminal. Cada motivo TERF está formado por unos 35 aminoácidos que se estructuran en tres hélices α (H1, H2 y H3) formando una superhélice trigonal levógira con un núcleo hidrofóbico central. La combinación de la conectividad en superhélice levógira con la propagación en tándem del motivo para formar un solenoide es única de las proteínas de la familia MTERF. En base a la estructura cristalográfica se generaron modelos para estudiar los complejos en solución mediante la técnica de SAXS. La representación gráfica del error asociado al ajuste entre la curva teórica de dispersión para cada modelo y la curva medida experimentalmente, presenta un mínimo, indicando que la unión de mTERF al DNA28pb se da preferentemente sobre una zona del DNA. Los ensayos de unión y especificidad de mTERF y las formas truncadas de ésta con el DNA28pb mediante geles nativos de retardo muestran que mTERF-ΔC y ΔN-mTERF-ΔC no unen DNA y que mTERF y mTERF-ΔN lo unen específicamente. / The human mitochondrial genome is a closed circular molecule located within the mitochondrial matrix. mtDNA transcription is initiated from tree promoters in the D-loop, one for L-strand (L) and two for the H-strand (H1 and H2). Transcription from H2 and L proceeds around the mtDNA circle, creating a polycistronic RNA. On the other hand, transcription initiated in H1 ends at the 3’end of rRNA 16S. The main role of this attenuation is due to the mitochondrial transcription termination factor mTERF. mTERF, is a nucleus-encoded protein whose mature form has 342 amino acids. It has been described that mTERF binds to several strategic mtDNA sites, where it controls processes such as transcription termination or pausing of the replication machinery. Among them, the 28bp sequence from the tRNALeuUUR gene shows the highest affinity of binding to mTERF. In vitro assays have shown that binding of mTERF to this site promotes termination of transcription bidirectionally. We study, from a structural point of view, the mTERF complex with the oligonucleotide containing the termination sequence. During recombinant mTERF production, spontaneous proteolysis of the full-length protein (Arg56–Ala399) yielded a shorter variant (Arg99–Ala399; mTERF-ΔN) yet DNA-binding form. The three-dimensional struc¬ture of mTERF-ΔN was determined from SeMet-derivatized crystals at 2.4Å resolution. In the first mTERF-ΔN-DNA crystals, the arrangement in the z-axis of the large 29bpDNA molecule, compared to the c parameter of the unit cell, caused severe problems of anisotropy and disorder, which resulted in low quality electron density maps. Then crystallization assays were performed with shorter oligonucleotides, being able to trace and refine the complex structure with mTERF-ΔN-12bpDNA crystals. The structure of ΔN fragment was used to solve the full-length mTERF structure at 3.1Å resolution in complex with 15bpDNA. In these crystals, two crystallographically related identical oligonucleotides related by ~36° are bound by two distinct regions of a single protein moiety, the N-terminal and C-terminal subdomains. mTERF wraps round the DNA along the major groove through 19 nonspecific interactions with both dsDNA backbone phosphates and 5 interactions with DNA nitrogen bases. mTERF consists of nine structural repeats, TERF-I–TERF-IX flanked by an N-terminal extended segment and a C-terminal α-helix C. Within each repeat, roughly 35 residues fold into three α-helices (H1, H2 and H3) that are arranged in a left-handed triangular superhelix around a central hydrophobic core. The combination of left-handed helical connec¬tivity with tandem propagation is unique to mTERF. Based on the crystallographic structure, we constructed models to study the complex in solution by small-angle X-ray scattering (SAXS). The graphical representation of agreement of each of the models to the experimental SAXS curve presents a minimum, indicating the specificity of the binding between mTERF and the 28bpDNA. The 28bpDNA binding affinity and specificity of mTERF and truncated forms, assayed by native gels, shows that mTERF-ΔC and ΔN-mTERF-ΔC do not bind DNA while mTERF and mTERF-ΔN bind it specifically.

El magnetisme és molt important en diverses àrees de la ciència i la tecnologia, cobrint un rang molt ampli d'escales i temes. En aquesta tesis presentem el desenvolupament teòric i la realització experimental de diversos dispositius nous pel control dels camps magnètics. Pel disseny d'aquests s'han emprat diverses estratègies; la teoria de l'òptica de transformació s'ha combinat amb resultats obtinguts directament de les equacions de Maxwell, i les propostes idealitzades han esdevingut dispositius reals mitjançant la combinació de materials ferromagnètics i superconductors formant diferents metamaterials magnètics. En primer lloc presentem l'estudi referent a les capes invisibilitat magnètica. De manera anàloga a com actuaria una capa d'invisibilitat per llum visible, una capa d'invisibilitat magnètica evita que els camps penetrin al seu interior al mateix temps que la capa i el seu contingut són magnèticament indetectables des de l'exterior. En aquesta tesis presentem el desenvolupament de diferents dissenys de capa d'invisibilitat, centrant-nos en un sistema bicapa superconductor-ferromagnètic. Aquesta bicapa ha estat construïda i provada amb èxit. La concentració de camps magnètics també ha estat estudiada. Hem dissenyat una capa concentradora magnètica cilíndrica, la qual concentra els camps magnètics aplicats externs en el seu orifici interior. Alhora, aquesta mateixa capa expulsa el camp magnètic cap a l'exterior quan la font de camp se situa a l'orifici interior. S'han fabricat algunes d'aquestes capes concentradores emprant materials superconductors i ferromagnètics i les seves propietats s'han verificat experimentalment. A més a més també hem demostrat que les capes permeten incrementar l'acoblament magnètic entre circuits. Aquesta propietat l'hem aplicat experimentalment per demostrar que les capes concentradores permeten millorar la transmissió d'energia elèctrica sense fils. Seguidament hem estudiat la transmissió de camps magnètics. A diferència de les ones electromagnètiques que es propaguen fàcilment dins de guies d'ones o fibres òptiques, els camps magnètics decauen ràpidament a mesura que ens allunyem de la font. A fi de superar aquesta limitació hem desenvolupat un sistema de "mànega magnètica" que permet la transferència de camps magnètics estàtics fins a llargues distàncies i que es pot construir combinant adequadament capes superconductores i ferromagnètiques. El disseny l'hem validat a partir de simulacions numèriques i desenvolupaments analítics. Algunes "mànegues" s'han fabricat i les seves propietats ha estat experimentalment demostrades. Finalment hem desenvolupat un forat de cuc magnètic. Inspirats pels forats de cuc cosmològics, que connecten dos punts de l'espai a través d'un camí que se situa fora de l'espai tridimensional convencional, hem desenvolupat un dispositiu capaç de crear l'efecte equivalent per camps magnètics estàtics. Així, el forat de cuc magnètic connecta magnèticament dos punts de l'espai a través d'un camí que és magnèticament indetectable. El dispositiu està format per una "mànega magnètica" recoberta d'una esfera superconductora i una "metasuperfície" ferromagnètica. Les seves propietats han estat estudiades teòricament i el dispositiu ha estat construït. Això ha permès demostrar, també, les seves característiques de manera experimental. En resum, aquesta tesis conté el desenvolupament teòric i la realització experimental de diversos dispositius que permeten la manipulació de camps magnètics. A banda d'estudiar diversos problemes concrets com la invisibilitat magnètica, la concentració o la transmissió de camps, la present recerca ha donat lloc a tot un conjunt d'"eines" que permeten el control i la manipulació de camps magnètics d'una manera general. / Magnetism is very important in various areas of science and technology, covering a wide range of scales and topics. In this thesis we present the theoretical development and the experimental realization of various novel devices to control magnetic fields. Their design is based on different strategies; transformation optics theory is combined with solutions directly obtained from Maxwell equations, and ideal designs are turned into real devices combining superconducting and ferromagnetic materials forming different magnetic metamaterials. We first study the cloaking of magnetic fields. Analogous to the concept of an "invisibility" cloak for light, a cloak for static magnetic fields prevents fields to penetrate in its interior and makes the cloak itself and its content magnetically undetectable from the exterior. Different designs of magnetic cloak are developed and a bilayer superconductor-ferromagnetic cylindrical cloak is experimentally built and tested. The concentration of magnetic fields is also addressed. A cylindrical magnetic concentrating shell is designed, demonstrating that it concentrates external fields in its interior hole and it also expels the field of internal sources towards the exterior. Different concentrating shells are experimentally built using superconducting and ferromagnetic materials and their properties are validated. We also demonstrate that concentrating shells increase the magnetic coupling between circuits. We apply this property to experimentally demonstrate they enhance the wireless transfer of power. The transfer of static magnetic fields is also studied. Different from electromagnetic waves that easily propagate in waveguides or optical fibers, magnetic fields rapidly decay as one moves far from the source. To overcome this limitation we develop the magnetic hose, a design that allows to transfer static magnetic fields to arbitrary distances and can be realized with an adequate combination of superconducting and ferromagnetic shells. The design is validated using numerical calculations and analytical developments. Some hoses are experimentally built and their properties are demonstrated. Finally we develop a magnetic wormhole. Inspired by cosmological wormholes, that connect two points in space through a path that is out of the conventional 3D space, we study an analogous effect for static magnetic fields. The magnetic wormhole magnetically connects two points in space through a path that is magnetically undetectable. It is composed of an interior magnetic hose surrounded by a spherical superconducting shell and a spherical ferromagnetic metasurface. An actual magnetic wormhole is experimentally built and its properties are demonstrated. To sum up, this thesis contains the theoretical development and the experimental realization of different devices to manipulate magnetic fields. In addition to addressing different particular problems, like magnetic cloaking, concentration or magnetic field transfer, this research has resulted in a whole set of new "tools" to shape and control static magnetic fields in a general way.