Proyecto de investigación de tesis como requisito parcial para optar al título de Licenciado en Biotecnología Genómica presentan

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    Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ciencias Biológicas. Departamento de Ecología y Maricultura Proyecto de investigación de tesis como requisito parcial para optar al título de Licenciado en Biotecnología Genómica presentan: Grecia Arano García Juan Antonio Pérez Díaz Luis Roberto Hernández Herrera Héctor Sánchez Ibarra Alejandro Salazar Santillán Equipo 3 Directora de Tesis: Dra. Elizabeth Cruz Suarez. Fecha de inicio: 7 de febrero de 2014. Duración: 6 meses. Producción de ácido eicopentanoico omega 3 mediante ingeniería metabólica de  Ulva clathrata.    INTRODUCCION: Las enfermedades cardiovasculares constituyen un gran problema de salud pública, siendo una de las causas principales de defunciones en México. Aunado a esto, la obesidad también se ha convertido en una de las principales afecciones en la población mexicana y que puede contribuir a la generación de enfermedades cardiovasculares. En la prevención y el control de este tipo de enfermedades, la dieta desempeña un papel importante, principalmente en el consumo de ácidos grasos. La composición de estos ácidos grasos que se consumen en la dieta es la que puede ser determinante en la prevención de las enfermedades cardiovasculares ya que no sólo depende de la cantidad que se consume, sino también de la calidad y un ejemplo de estos ácidos grasos es el ácido eicosapentanoico, también conocido como Omega 3. El ácido eicosapentanoico u Omega 3 es un acido graso poliinsaturado esencial, esto debido a que nuestro organismo es incapaz de producirlo y tiene que ser ingerido en el alimento o en forma de complemento alimenticio. En la naturaleza, el Omega 3 se puede encontrar en cantidades considerables en los tejidos de ciertos pescados y en algunos mariscos, pero también puede proceder de fuentes vegetales como semillas y nueces. El consumo en la alimentación de ácidos grasos esenciales como el omega-3 y el omega-6, en un adecuado equilibrio y cantidad requerida contribuyen a estabilizar el metabolismo de las grasas en el organismo, así como también a intervenir en muchos procesos orgánicos. Gracias a ellos, el metabolismo de las grasas (concretamente del colesterol) su cantidad y su transporte se corrigen particularmente, reduciendo en gran medida el riesgo de padecer una enfermedad cardiovascular. Intervienen en la reducción del colesterol transportado en lipoproteínas de baja densidad (sobre todo las partículas más pequeñas y densa s, y de mayor peligro, el “colesterol malo” o LDL), y facilitando el aumento de las lipoproteínas de alta densidad (el “colesterol  bueno” o HDL) que limpia las arterias en vez de deteriorarlas.  Los lípidos en el alga ulva   clathrata representan valores del 1- 5 % de su composición total, y son ricos en ácido eicosapentanoico (EPA) y docosahexanoico (DHA) u omega-3 de cadena larga y estos serían de gran interés comercial debido a la deficiencia de estos ácidos grasos en la dieta humana. Debido a los cambios en los hábitos alimenticios en los últimos años en una gran cantidad de la población que han provocado que la ingesta del Omega 3 disminuya. Se ha destinado gran atención a la generación de suplementos alimenticios que contengan este compuesto,  por lo que la producción a gran escala es necesaria.  Por  lo anterior es posible que mediante la modificación de las rutas metabólicas de este organismo se produzcan mayores cantidades de Omega3 y de este modo sea útil para que este apto para consumo humano de una forma más práctica y de mayor calidad nutritiva comparado con los alimentos que contengan este ácido graso.  HIPÓTESIS:  Modificando las rutas de elongación y de saturación de ácidos grasos de Ulva clathrata  mediante el uso de ingeniería metabólica es posible aumentar la producción de ácido eicosapentanoico. OBJETIVO GENERAL: Aumentar la producción de ácido eicosapentanoico libre de mercurio en el alga Ulva clathrata mediante el uso de ingeniería metabólica. OBJETIVO PARTICULAR  : Modificar la ruta metabólica que participa en la producción de los ácidos grasos Omega- 3 de Ulva clathrata  para aumentar su rendimiento en la  producción de ácido eicosapentanoico. ANTECEDENTES: Los ácidos grasos Omega- 3 (ω - 3) son ácidos grasos poliinsaturados ( PUFAs ) y componentes esenciales para el crecimiento de eucariotas superiores [Ward, O.P., Singh, A. (2005)] . Nutricionalmente, el ácido eicosapentanoico (EPA , 20:05 ) y ácido docosahexaenoico (DHA , 22:6) son los ácidos grasos más importantes que pertenecen a esta grupo de compuestos bioactivos. Los ácidos grasos proporcionan beneficios significativos para la salud de la población humana, sobre todo en la reducción de las enfermedades cardíacas tales como arritmias, accidentes cerebrovasculares y la hipertensión arterial [5. Romieu, I., Tellez-Rojo, M.M., Lazo, M., Manzano-Patino, A., Cortez-Lugo, M., Julien,P., Belanger, M.C., Hernandez-Avila, M., Holguin, F. (2005)]. Además, se les ha visto ofrecer beneficioso efectos a la artritis reumatoide y asma [Romieu et al (2005)]. También se ha demostrado que tiene efectos significativos en el tratamiento contra la depresión, esquizofrenia y otros desórdenes mentales [Trial, P. (2010)]. Se sabe que los animales terrestres no son capaces de sintetizar Omega 3, por lo que es conveniente crear fuentes sustentables alternas que sean capaces de producirlo en cantidades considerables. Organismos marinos fotosintéticos como: fitoplancton, diatomeas, algas y microalgas son los principales productores de estos ácidos grasos, y el cultivo de esto organismos ha demostrado ser una fuente de Omega 3 alterna muy  prometedora [J.L. Harwood, I.A. Guschina. (2009)]. Los ácidos grasos Omega 3 pueden ser obtenidos en la alimentación por medio de 2 diferentes fuentes: alimentos de mar (de cadena larga) y ciertas semillas y aceites vegetales  (cadena corta). El pescado o aceite de éste contiene EPA, molécula de 20 carbonos y el DHA de 22 carbonos, mientras que la canola, nuez y soja contienen ácido α -linolenico (ALA) de 18 carbonos que ha demostrado ser menos saludable que el EPA y el DHA [Kris-Etherton, P. M. (2003)]. Los ingredientes activos que componen a los organismos marinos  por ejemplo algunas algas son de vital importancia para los seres humanos ya que mediante su empleo se pueden evitar enfermedades, es por eso que mediante diversos estudios se  busca producir en una mayor cantidad este tipo de nutrientes para consumo humano [Lordan, S., Ross, R. P., & Stanton, C. (2011)]. Las micro algas son, con mucho, los más abundantes productores primarios que se pueden encontrar en la mayoría de los sistemas acuáticos, fotosintéticamente la conversión de energía de la luz y el dióxido de carbono (CO2) en biomasa, como los hidratos de carbono, las proteínas y los lípidos [Van Ginneken, et. al. 2011 ]. Es importante destacar que las microalgas son también los productores primarios de EPA y DHA que eventualmente se acumula a través de los diversos niveles tróficos. Las microalgas producen una variedad de compuestos para ayudar en la adaptación y la supervivencia de los diferentes aspectos ambientales. Muchas cepas de microalgas marinas tienen contenidos de aceite de entre 10-50 %, (w / w) y producen un alto porcentaje de los lípidos totales (hasta el 30-70 % del  peso seco) [Van Ginneken, et. al. 2011]. La acumulación de ácidos grasos está estrechamente vinculada a etapas de crecimiento de micro algas, que funciona como una energía almacenar en condiciones desfavorables o la división celular. El Omega - 3 se acumula debido a su alto contenido de energía, así como las buenas propiedades de flujo cruciales para la función celular [Petrie, J. R., Shrestha, P., Zhou, X.-R., Mansour, M. P., Liu, Q., Belide, S.Singh, S. P. 2012]. La especie de Ulva clathrata  en particular contiene un bajo contenido lipídico, del cual consta del 0.9-5.2% (w /w) [Peña-Rodríguez, A., Mawhinney, T. P., Ricque-Marie, D., & Cruz-Suárez, L. E. (2011)] y dentro de esa grasa total un 19-23% pertenecen a ácidos grasos Omega- 3 [Peña-Rodríguez, A., Mawhinney, T. P., Ricque-Marie, D., & Cruz-Suárez, L. E. (2011). ] [Gökpinar, Ş. (20 08)]. La ruta biosintética de ácidos grasos de algas se ha deducido por homología con sistemas  bacterianos y vegetales, y gran parte de nuestro entendimiento está obtenida de estudios  básicos en estos sistemas [Blatti, J. L., Michaud, J., & Burkart, M. D. (2013)]. En los últimos años ha existido un enorme interés en el uso de la ingeniería metabólica para  potenciar la producción de omega 3. Se ha proporcionado evidencia acerca del uso de la ingeniería metabólica en diatomeas para la expresión de genes heterólogos para mejorar la vía de biosíntesis de los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga en la diatomea  Phaeodactylum tricornutum  [Hamilton, M., Haslam, R., Napier, J., Sayanova, O. (2014)] [Harun, R., Singh, M., Forde, G. M., & Danquah, M. K. (2010).].    Referencias 1.   Adarme-Vega, T. C., Lim, D. K. Y., Timmins, M., Vernen, F., Li, Y., & Schenk, P. M. (2012). Microalgal biofactories: a promising approach towards sustainable omega-3 fatty acid production.  MicrobialCellFactories , 11 (1), 96. doi:10.1186/1475-2859-11-96 2.   Blatti, J. L., Michaud, J., & Burkart, M. D. (2013). Engineering fatty acid  biosynthesis in microalgae for sustainable biodiesel. Current Opinion in Chemical  Biology , 17  (3), 496  –  505. doi:10.1016/j.cbpa.2013.04.007 3.   Gökpinar, Ş. (2008). Fatty Acids, α -tocopherol and Total Pigment Contents of, 2(3), 111  –  114. 4.   Gulevich, A. Y., Skorokhodova, A. Y., Sukhozhenko, A. V., Shakulov, R. S., & Debabov, V. G. (2012). Metabolic engineering of Escherichia coli for 1-butanol  biosynthesis through the inverted aerobic fatty acid β -oxidation pathway.  Biotechnology Letters . doi:10.1007/s10529-011-0797-z 5.   Hamilton, M., Haslam, R., Napier, J., Sayanova, O. (2014). Metabolic engineering of  Phaeodactylum tricornutum  for the enhanced accumulation of omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids.  Metabolic Engineering  , 22. pp. 3-9. 6.   Harun, R., Singh, M., Forde, G. M., & Danquah, M. K. (2010). Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(3), 1037  –  1047. doi:10.1016/j.rser.2009.11.004 7.   J.L. Harwood, I.A. Guschina. (2009). The versatility of algae and their lipid metabolism .  Biochemie , 91, pp. 679  –  684. 8.   Kris-Etherton, P. M. (2003). Fish Consumption, Fish Oil, Omega-3 Fatty Acids, and Cardiovascular Disease. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 23(2), 20e  –  30. doi:10.1161/01.ATV.0000038493.65177.94 9.   Lordan, S., Ross, R. P., & Stanton, C. (2011). Marine bioactives as functional food ingredients: potential to reduce the incidence of chronic diseases.  Marine drugs , 9 (6), 1056  –  100. doi:10.3390/md9061056 10.   Mirmiran, P., Hosseinpour-Niazi, S., Naderi, Z., Bahadoran, Z., Sadeghi, M., & Azizi, F. (2012). Association between interaction and ratio of ω -3 and ω -6
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