3.01 Tesis magíster
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Browsing 3.01 Tesis magíster by browse.metadata.categoria "Biología"
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- ItemAn investigation of the coupled water and heat transport in green roof substrates(2016) Sandoval Valdés, Victoria P.; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLas cubiertas vegetales integran vegetación a los edificios, minimizando los requerimientos energéticos y escorrentía superficial. Para optimizar estos beneficios, se necesita un entendimiento de los procesos que controlan los flujos de agua y calor en cubiertas vegetales. Los factores principales que determinan los flujos de agua y calor en las cubiertas vegetales son las características hidrodinámicas y térmicas de las capas de sustrato y vegetación. Los sustratos son medios porosos artificiales que se usan para objetivos tecnológicos e ingenieriles. La compactación de un sustrato afecta los procesos físicos que ocurren en el mismo y no se ha estudiado su efecto en los flujos de calor y agua. En este estudio se han caracterizado las propiedades físicas, hidrodinámicas y térmicas de cinco sustratos de cubiertas vegetales. Además, se evaluó el efecto de la compactación en estas propiedades realizando un ajuste teórico a los parámetros térmicos e hidráulicos obtenidos anteriormente. Se realizaron simulaciones numéricas de flujos de agua y calor acoplados para evaluar el impacto de las propiedades obtenidas y compactadas en el comportamiento hidráulico y térmico de un sistema de una cubierta vegetal. Los cinco sustratos mostraron gran capacidad de almacenar y transportar flujos de agua, mientras que su capacidad de transportar calor fue similar a otros sustratos de cubiertas vegetales reportados en la literatura. Bajo condiciones no saturadas, la capacidad de retención y el volumen de almacenamiento de los sustratos controlaron la respuesta hidráulica de cada sustrato. El efecto de la compactación muestra la disminución de espacio de poros y el aumento de fuerzas capilares, provocando una reducción del volumen de almacenamiento. En las propiedades térmicas se observa un incremento general de la conductividad dado el aumento de contacto entre partículas. Las simulaciones numéricas muestran que el sustrato de tierra de hoja con perlita presenta la menor difusión vertical de calor y una alta capacidad para almacenar agua (mismo resultado obtenido cuando los sustratos se compactan). La modelación dinámica presentada en este estudio puede representar la complejidad de los procesos que ocurren en las cubiertas vegetales y puede ser una herramienta útil para diseñar la configuración de una cubierta vegetal.
- ItemBalances de masa durante la vinificación de sauvignon blanc.(2008) Moenne Vargas, María Isabel; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa realización de fermentaciones implica recolectar múltiples datos para poder estudiar el comportamiento del sistema. Si la información recolectada presenta errores de medición, pero ellos no son detectados y corregidos, las conclusiones inferidas serán erróneas. Basado en la aplicación de balances macroscópicos para la identificación de errores de medición, se desarrolló un método sistemático empleando Matlab, capaz de detectar la presencia de dichos errores y localizar la fuente de error a través de un test estadístico, en fermentaciones con mosto Sauvignon blanc. El sistema de evaluación de datos experimentales desarrollado, permite generar conocimiento para analizar, evaluar y optimizar procesos fermentativos mediante una correcta toma de decisiones.
- ItemBioavailability of interesterified lipids in food emulsions.(2014) Farfán Martínez, Mariel; Bouchon Aguirre, Pedro Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa importancia de los lípidos en los alimentos va mas allá de su rol como fuente de energía y nutrientes. También son parcialmente responsables de propiedades organolépticas clave, tales como textura, liberación del sabor, y saciedad, la cual es difícil de duplicar en formulaciones libres de grasa. Además, los lípidos han sido asociados al desarrollo de numerosas enfermedades, pero también a la prevención de varias otras, principalmente debido al efecto de ácidos grasos esenciales. Desafortunadamente, las propiedades fisicoquímicas y nutricionales de los lípidos no se encuentran juntos con frecuencia. Existen grasas cuyas propiedades físicas son aptas para aplicaciones específicas, pero no son nutricionalmente recomendables. Otros, en cambio, pueden tener un excelente perfil de ácidos grasos, pero su distribución en la molécula de triacilglicerol podría no permitir una absorción óptima. Además, la matriz alimentaria donde los lípidos están ubicados, puede ser un factor clave para determinar el grado en el cual los lípidos son absorbidos. La hipótesis de este estudio fue que a través de interesterificación enzimática es posible sintetizar lípidos estructurados con un buen perfil de ácidos grasos –alto en acidos grasos n-3 y cero trans- y un perfil de fusión similar al de una grasa comercial, cuya biodisponibilidad puede ser modulada, además de la nueva estructura de TAG, a través del diseño de emulsiones. De acuerdo a esto, el objetivo principal de esta tesis fue conseguir un mejor entendimiento del efecto de la interesterificación enzimática, en la síntesis de grasas plásticas, así como de la emulsificación, en la biodisponibilidad postprandial de lípidos in vivo. Primero se analizó el efecto de la interesterificación en la estructuración de lípidos. Para ello, se compararon las interesterificaciones química y enzimática de mezclas binarias en la obtención de lípidos estucturados con cero trans y un alto contenido de ácido linolénico (C18:3n3), además de adecuadas propiedades funcionales. Aceite de soya full hidrogenado (fully hydrogenated soybean oil, FHSBO) y aceite de nuez (walnut oil, WO) fueron usados como materias primas. Metóxido de sodio y Lipozyme TL IM fueron usados como catalizadores químico y enzimático, respectivamente. Mezclas FHSBO/WO en relaciones de masa de 20/80, 40/60 y 60/40 fueron evauladas, y la interesterificaión total se determinó por la estabilización en su contenido de grasa sólida (solid fat content, SFC). La mezclas interesterificadas químicamente fueron estabilizadas a los 10 min para al mezcla 20/80 y a los 15 min para las mezclas 40/60 y 60/40. Mientras, todas las mezclas enzimáticamente interesterificadas se completaron a los 120 min. Una reducción significativa en el SFC para todas las composiciones se produjo después de completar las interesterificaciones química o enzimática. Las mezclas 60/40 interesterificadas química y enzimáticamente mostraron la curva plástica de un shortening multipropósito, rico en ácidos grasos poliinsaturados, especialmente en C18:3n3 y cero trans. La interesterificación enzimática fue escogida para estudios adicionales debido a su estereoespecificidad. Dado que, el perfil de ácidos grasos es un factor crítico en las propiedades nutricionales de las grasas, pero también la estereoquímica juega un rol fundamental, la biodisponibilidad de ácidos grasos en las mezclas interesterificadas fue analizada. Para ello, mezclas de aceite de linaza (linseed oil, LO) y esterarina de palma (palm stearin, PS) fueron comparadas con sus mezclas interesterificadas usando una lipasa estereoespecífica en las posiciones sn 1 y 3, para determinar si había alguna diferencia en términos de biodisponibilidad cuando se usaba esta tecnología. Las dos mezclas tenían el mismo perfil de ácidos grasos, pero distinto SFC, debido al cambio en la estereoquímica de los triacilgliceroles. Ratas Sprague-Dawley macho fueron alimentadas con las mezclas interesterificada (IE) o no interesterificada (nIE) a través de un tubo de alimentación bucogástrico luego de 18 h de ayuno. Se utilizó suero fisiológico como control. Se tomaron muestras de sangre luego de la administración de los test meals y se determinó el perfil de ácidos grasos plasmáticos en el periodo postprandial. Los resultados mostraron que la modificación en los perfiles de fusión de las mezclas a través de la interesterificación, sin alterar la biodisponibilidad determinada por la posición sn-2, puede retrasar la absorción de los lípidos al principio de la digestión, con peaks de absorción de C18:3n3 a 1,5 y 4,5 h postadministración, para IE y nIE, respectivamente, pero esto no tiene un efecto en la absorción total de los lípidos. La estructura alimentaria es también responsable de la biodisponibilidad de lípidos. Un diseño apropiado de la matriz alimentaria podría restringir o facilitar la liberación de ácidos grasos y dejarlos disponibles para la absorción, tal como en la emulsificación. Para comprender mejor éste fenómeno, evaluamos el efecto de la emulsificación, así como el uso de diferentes agentes emulsificantes, en la biodisponibilidad postprandial de lípidos estructurados en emulsiones O/W en ratas. Emulsiones O/W estables, preparadas con caseinato de sodio (Sc) o quitosán (Ch) fueron dosificadas como test meals. Una mezcla no emulsificada fue utilizada como control (C), y suero fisiológico fue usado como blanco (B). Ratas Sprague-Dawley fueron intragástricamente alimentadas con Sc, Ch, C o B, y se tomaron muestras de sangre en el periodo postprandial. Los resultados mostraron que la emulsificación puede aumentar la absorción de lípidos, como se determinó luego de la administración de emulsiones Sc, cuya absorción de AG totales es 20% mayor que el control. Sin embargo, éste resultado no puede ser generalizado. Los lípidos interesterificados que fueron emulsificados con quitosán, fueron igualmente absorbidos que aquellos en la mezcla lípidos interesterificados/agua destilada, no emulsificados. Se sugirió que esto puede ser debido a un acceso limitado de la lipasa pancreática a los lípidos. El mayor pH que se encuentra en el duodeno (pH>pKa quitosan) puede reducir la solibilidad de Ch, y puede contrapesar el efecto positivo de la pre-emulsificación. Esto sugiere que la emulsificación, como herramienta para el diseño de matrices alimentarias, no es la única responsable de una mayor biodisponibilidad, sino que las interacciones que ocurren entre el estabilizante y los alrededores durante la digestión, es también crucial. En general, este estudio confirma que la interesterificación parece ser una herramienta apropiada para la sintesis de grasas estructuradas con un buen perfil nutricional y propiedades funcionales adecuadas. Sin duda, el diseño de matrices alimentarias es también un asunto de interés, como se refleja en este estudio, el cual establece las bases para una futura investigación con respecto a la necesidad de conseguir un mejor entendimiento de las interacciones entre los nutrientes y su entorno. Distintos enfoques pueden ser utilizados para el diseño de una estructura alimentaria apropiada, la cual puede maximizar o reducir la biodisponibilidad de lípidos y/o ácidos grasos específicos, según necesidad. Como tal, este estudio contribuye al creciente campo del diseño de estrucuras alimentarias y resalta como la estructura puede ser personalizada para satisfacer las demandas de los consumidores.
- ItemDesarrollo de un sistema modular de regulación de procesos genéticos y metabólicos vía CRISPRi para el control del comportamiento celular(2017) Matute Torres, Tamara Francisca; Federici, Fernán; Rudge, Timothy; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaTALEN y CRISPR/Cas9 han revolucionado la ingeniería genética, permitiendo la regulación de cualquier gen de interés en el genoma de organismos. CRISPR interferencia (CRISPRi) es un método desarrollado a partir de CRISPR/Cas9 que permite controlar la expresión de genes, mediante la generación de un complejo que reconoce un sitio específico del ADN e interfiere con la unión de la ARN polimerasa y/o la elongación transcripcional (Larson et al., 2013). El sistema CRISPRi se compone de una proteína Cas9 sin actividad endonucleasa, llamada dead Cas9 “dCas9”, y un ARN guía (sgRNA) que tiene la función de asociar el complejo formado con el sitio específico que se desea regular. El sgRNA se compone de un esqueleto invariable al 3´, que interactúa con dCas9, y una zona de 20 nucleótidos al 5´ que interactúa con el ADN y puede ser diseñada de manera arbitraria por el usuario. En este trabajo se exploró la modularizacíón y caracterización del sistema CRISPRi para ser utilizado en la regulación temporal y espacial de procesos biológicos en poblaciones bacterianas. A través del diseño de diversos sgRNAs y elementos funcionales de ADN modulares, se logró la regulación del comportamiento celular tanto en cultivos líquidos como en cultivos sólidos. Posteriormente, se exploró la regulación de procesos celulares en subdominios espaciales en el interior de colonias bacterianas. Finalmente, se utilizó el sistema CRISPRi para la regulación del crecimiento de células localizadas en un grupo definido y controlado en el interior de colonias bacterianas. Estos resultados en conjunto mostraron la exitosa implementación modular y combinatorial del sistema CRISPRi para la regulación espacial y temporal de procesos biológicos en un sistema multicelular.
- ItemDevelopment, calibration and validation of a dynamic genome-scale metabolic model of saccharomyces cerevisiae(2014) Sánchez, Benjamín J.; Agosin T., Eduardo; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn la industria biotecnológica es fundamental contar con modelos matemáticos precisos que describan un microorganismo en detalle, de manera de que podamos hacer predicciones sin tener que incurrir en una cantidad excesiva de experimentos. El análisis dinámico de balance de flujos (dFBA) se ocupa regularmente para simular cultivos batch y fed-batch, los procesos industriales biotecnológicos más recurrentes; sin embargo, sólo unos pocos de estos modelos han sido calibrados y validados bajo diferentes condiciones experimentales. Además, a la fecha, la importancia de los diferentes parámetros usualmente utilizados en este tipo de modelos no ha sido debidamente estudiada. En este trabajo presentamos un modelo dFBA a escala genómica de Saccharomyces cerevisiae calibrado por primera vez con datos tanto de cultivos fed-batch aeróbicos como batch anaeróbicos, junto con un nuevo procedimiento para determinar cuáles parámetros del modelo son relevantes para calibración (en términos de sensibilidad, identificabilidad y significancia). El modelo dFBA contiene varias cinéticas, incluyendo crecimiento sub-óptimo, consumo de glucosa, ATP de mantenimiento, requerimientos de biomasa y producción de metabolitos secundarios. También integra datos de expresión génica. Por otro lado, el procedimiento de calibración usa optimización metaheurística y análisis de pre/post regresión, y fija iterativamente los parámetros que no tienen un rol significativo en el modelo, de manera de obtener modelos con un número razonable de parámetros. Finalmente, a los modelos obtenidos se les hizo una calibración cruzada para asegurar que sean predictivos. Usando este enfoque, mostramos que el consumo de glucosa, el crecimiento sub-óptimo, y las tasas de producción son mucho más útiles para calibrar los modelos que reglas Booleanas constantes de expresión génica, los requerimientos de biomasa o el ATP de mantenimiento. Más aún, se obtuvieron modelos dFBA confiables (por primera vez) con parámetros sensibles, significativos y sin correlaciones, y que a la vez son capaces de calibrar varias condiciones experimentales. Estos modelos dFBA de levadura robustos y predictivos serán útiles para diseñar cepas optimizadas para diversas aplicaciones en ingeniería metabólica.
- ItemDiseño e implementación de funciones biológicas elementales en colonias bacterianas para la ingeniería de morfogénesis(2017) Núñez Quijada, Isaac Natán; Federici, Fernán; Rudge, Timothy; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa ingeniería biológica se constituye sobre la dicotomía entre el enfoque estructurado y determinista de la ingeniería, y la naturaleza autoorganizada y estocástica de los sistemas biológicos que utiliza. La ingeniería morfogenética se define en medio de este conflicto, aprovechando el potencial de la autoorganización para formar sistemas altamente estructurados, mediante la manipulación de las unidades que los componen y definen. Por otra parte, la biología sintética pretende crear herramientas y formalismos para mejorar la trazabilidad y capacidad de diseño del sustrato biológico. En esta tesis se exploran estas dos áreas para crear una plataforma de prototipado de funciones morfogéneticas, que permita tanto estudiar sus principios como diseñar estructuras de nivel superior a partir de la programación de una célula fundadora. Para este fin, se propone desacoplar la morfogénesis en funciones elementales modulares, como lo son la ruptura de simetría y la regulación celular dominio específica. Concretamente, se desarrolló un sistema genético en dos capas: una formadora de patrones, fundamentada en la segregación de instrucciones celulares, y otra capaz de modificar el comportamiento celular en base a la interacción con los componentes co-localizados de la primera capa. Estas funciones fueron incluidas como módulos computacionales en CellModeller, lo que permitió explorar in silico su funcionamiento y guiar el diseño. Este enfoque de desacoplamiento y exploración computacional, unido a la inclusión de un sistema modular y combinatorial de ensamblaje de ADN, facilitaron el ciclo de “diseño, fabricación y testeo” de funciones morfogenéticas. Para poder aplicar estas herramientas, en primer lugar, se testeó y estableció su funcionamiento de manera independiente. Luego, se prototiparon funciones simples como “expresión genética dominio específica” mediante RNAPT7 y complementación metabólica. Finalmente, como prueba de concepto, se utilizó un sistema CRISPRi capaz de regular la tasa de crecimiento celular para modificar la morfología de las colonias bacterianas.
- ItemDynamic genome-scale metabolic modeling of the yeast Pichia pastoris(2016) Saitúa, Francisco Javier; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaPichia pastoris posee ventajas fisiológicas para la producción de proteínas recombinantes en comparación a las factorías celulares convencionales. Esta levadura es comúnmente cultivada en condiciones dinámicas, donde el ambiente extracelular cambia constantemente y numerosas variables inciden en la productividad del proceso. En este contexto, un modelo capaz de explicar y predecir el comportamiento celular para el diseño racional de bioprocesos es altamente deseable. En este trabajo, se ensambló un modelo dinámico a escala genómica de Pichia pastoris para cultivos aeróbicos batch y fed-batch limitados en glucosa. El modelo fue calibrado con datos de fermentaciones, luego de lo cual se realizaron diagnósticos de pre/post regresión para determinar problemas de sensibilidad, significancia e identificabilidad entre sus parámetros. Una vez identificados, los parámetros irrelevantes fueron fijados iterativamente hasta encontrar una estructura de modelación sin problemas paramétricos a priori. La robustez de estas estructuras fue comprobada mediante la calibración de nuevos datos experimentales, donde no aparecieron los problemas antes mencionados. Finalmente, el modelo fue validado para la predicción de dinámicas batch y fed-batch en condiciones similares a las estudiadas.Luego de la validación, el modelo fue utilizado para revelar estrategias de ingeniería genética y de procesos para optimizar la producción de Albúmina Sérica Humana (HSA) recombinante. La simulación de knock-outs indicó que el desvío del carbono hacia la formación de cisteína y triptófano podría mejorar la producción de HSA. En particular, la deleción de la enzima Metilen-tetrahidrofolato deshidrogenasa podría aumentar la productividad volumétrica de la formación de HSA en un 630%. Además, el modelo indicó que es posible mejorar en un 24% la productividad de la formación de HSA mediante una política de tasa de crecimiento decreciente en la fase de alimentación de un cultivo fed-batch. En conclusión, se formuló un modelo dinámico a escala genómica de Pichia pastoris capaz de entregar distribuciones de flujo realistas durante cultivos dinámicos y proponer, de manera racional, estrategias de ingeniería metabólica y de procesos para mejorar el desempeño de un biorreactor.
- ItemEffect of pelletization on SC-CO2 extraction of Rosemary antioxidant compounds(2015) Sielfeld Timmermann, Caroline Sophia; Valle Lladser, José Manuel del; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la peletización sobre el rendimiento de extracción de antioxidantes de romero con CO2 supercrítico (SC-CO2) y la capacidad antioxidante de los extractos. Los aceites esenciales fueron extraídos del substrato inicial (hojas de romero secas) con SC-CO2 a 10 MPa y 40 ºC. Con una porción del substrato resultante (substrato de control) se fabricaron pellets (Hp=4 mm, Dp=4 mm). Se llevó a cabo un diseño experimental factorial (23): Se realizaron extracciones del substrato de control y de pellets utilizando dos temperaturas de extracción (40 y 70 ºC) y dos presiones de extracción (30 y 50 MPa). En promedio, la peletización disminuyó el rendimiento de extracción de 4.28% a 1.33%, lo cual se atribuyó a las mayores barreras a la transferencia de masa interna en los pellets. Sin embargo, la productividad volumétrica (masa de extracto recuperada por unidad de tiempo y unidad de volumen de lecho empacado en el extractor) fue 34% mayor en extracciones de pellets que en extracciones del substrato de control.
- ItemEstudio geofísico y modelación de efectos de sitio 3D en la ciudad Viña del Mar, Chile.(2017) Podestá Córdova, Luis Felipe; Sáez Robert, Esteban; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl terremoto del 27 de febrero del 2010 de Mw 8.8, afectó a toda la zona centro de Chile. Particularmente, en el centro de la ciudad de Viña del Mar se presentaron daños estructurales severos en varios edificios de más de 6 pisos distribuidos en un área estrecha de aproximadamente 1 km de largo. Esta zona se ha visto afectada recurrentemente a lo largo de la historia por distintos sismos, por lo que se postula que exista una amplificación sísmica de suelos singular. Con el objetivo de cuantificar esta amplificación, se realizó una caracterización geofísica detallada para estimar las propiedades dinámicas del suelo y la profundidad del basamento. Se midió la frecuencia predominante y se obtuvieron perfiles de onda de corte profundos, además de registrar la anomalía de gravedad. La descripción geotécnica del área se completó con los antecedentes de varios sondajes SPT disponibles en la zona de estudio. Adicionalmente, la respuesta cíclica de los materiales predominantes se caracterizó mediante ensayos de laboratorio en muestras remoldeadas. Sobre la base de toda esta información, se generó y analizó un modelo computacional tridimensional mediante la técnica de elementos espectrales (SEM). Este modelo permitió propagar escenarios sísmicos y así obtener mapas de indicadores de movimiento fuerte en superficie, estableciendo zonas con diferentes niveles de amplificación sísmica. Los resultados tienen una razonable correlación con las observaciones de daños y sugieren una influencia de la forma del basamento en el área de estudio.
- ItemEvaluation of sedum species as potential drivers for plant microbial fuel cells in green roof of a semi-arid environment(2016) Tapia Flores, Natalia F.; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaPlant microbial fuel cells (PMFCs) son sistemas bioelectroquímicos que utilizan los exudados de las raíces para transformar la energía química en energía eléctrica. PMFCs pueden ser desarrollados en sitios como humedales y cubiertas vegetales. Sin embargo, a diferencia de los humedales, las cubiertas vegetales permiten implementar estos sistemas en una mayor variedad de lugares. Los beneficios que poseen las cubiertas vegetales, tales como la reducción de los caudales de escorrentía, el mejoramiento de la calidad del aire, el incremento de la biodiversidad, entre otros, ha expandido esta tecnología a regiones distintas para las que fueron concebidas inicialmente. Por ende, en climas semiáridos donde la temperatura y las condiciones de agua son diferentes, especies distintas de plantas son requeridas. Entre las primeras plantas probadas en cubiertas vegetales de regiones semiáridas, se encuentra Sedum spp., plantas suculentas caracterizadas por su bajo requerimiento hídrico y resistencia a la sequía. Por lo tanto, Sedum emerge como un interesante candidato para ser usado en PMFC, permitiendo su implementación en cubiertas vegetales construidas en climas semiáridos. Este estudio muestra que Sedum es un tipo de vegetación factible de utilizar en PMFCs. Entre las especies evaluadas, S. hybridum mostró la más alta densidad de potencia (92 μW m-2) seguida por S. rupestre (15.5 μW m-2), mientras que S. spurium presentó el peor funcionamiento. La pirosecuenciación utilizada para caracterizar la comunidad microbiana desarrollada en los electrodos de tres reactores seleccionados, reveló que miembros de la familia Micrococcaceae predominan en el ánodo de S. hybridum. En contraste, miembros de la familia Comamonadaceae, seguida por el género Paracoccus y Ardenscatena, fueron los principales grupos observados en los ánodos de S. rupestre y S. spurium. El análisis microbiano sugiere que la implementación de PMFCs podría no alterar la microbiota del suelo. Finalmente, la relación observada entre contenido de agua en el suelo y el voltaje generado, tanto en los experimentos en el laboratorio como en el laboratorio de cubiertas vegetales, podría ser útil para expandir esta tecnología y desarrollar bio-sensores de bajo costo para monitorear la irrigación en ambientes semiáridos.
- ItemGenome-scale metabolic modeling of the human milk oligosaccaharide utilization metabolims by bifidobacterium longum subsp. infantis(2021) Román Lagos, Loreto Andrea; Garrido Cortés, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos modelos metabólicos a escala genómica (GSMMs por su sigla en inglés) son representaciones matemáticas de la estequiometría de las reacciones metabólicas, desarrollados para simular condiciones de crecimiento e interacciones. Bifidobacterium longum subsp. infantis es una de las especies mas representativas del intestino infantil, asociada a una buena salud en el recién nacido y reconocida como una bacteria beneficiosa. Este organismo depende de su actividad sacarolítica para obtener fuentes de carbono, y es considerado un organismo modelo de utilización de oligosacáridos de leche humana (HMOs por su sigla en inglés). HMOs son moléculas diversas incluyendo lactosa, lacto-N-tetraosa (LNT), lacto-N-neotetraosa (LNnT), 2-fucosil lactosa (2FL), 3- fucosil lactosa (3FL) y 6-sialil lactosa (6SL). Los detalles moleculares respecto a la utilización de HMO son bien entendidos. Sin embargo, las vías metabólicas expresadas para el uso de cada carbohidrato y sus consecuencias metabólicas no han sido del todo abordadas. En este estudio, reconstruimos el metabolismo de este microorganismo utilizando la anotación de B. infantis ATCC 15967 desde AGORA, además se realizó una revisión de los genomas anotados y la literatura actual. La reconstrucción (iLR554) cuenta con 554 genes, 1078 reacciones (747 reacciones asociadas a genes) y 933 metabolitos. La curación fue hecha usando información de RNA-seq para cerrar los gaps del modelo. Los datos de transcriptómica fueron luego integrados en la simulación extrayendo modelos específicos para fuentes de carbono mediante el algoritmo GIMME. iLR554 fue capaz de evidenciar varias diferencias en el metabolismo de HMOs dependiendo de las características funcionales de los compuestos. La producción de metabolitos importantes como lactato y acetato fue común a todos los sustratos. Sin embargo, nuestro modelo predijo pequeñas producciones de succinato, formiato y etanol. Si bien los datos de RNA-seq fueron útiles, se observó una baja correlación entre los flujos metabólicos y datos transcripcionales. Este trabajo es una plataforma útil para simular el metabolismo de una bacteria prominente en el intestino infantil, y diseñar simbióticos comerciales o consorcios bacterianos que contengan especies del género Bifidobacterium.
- ItemGeología del yacimiento Panulcillo, características geoquímicas y control estructural de cuerpos mineralizados(2017) Castellón Grime, Rosario María Teresita; Cembrano, José; Marquardt R., Carlos; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn esta tesis se examina el yacimiento Panulcillo, de edad cretácica, ubicado 20 kms al norte de la ciudad de Ovalle, IV Región. Panulcillo fue clasificado tradicionalmente como un skarn, sin embargo en las últimas décadas se le ha planteado como un IOCG (Iron Oxide Copper Gold deposit). El objetivo principal de la tesis es contribuir a conocer el origen de su mineralización, el rol que cumplen los sistemas de falla regionales y distritales en la formación y evolución del yacimiento, y su afinidad geoquímica general. Para esto se ha realizado un mapeo geológico de superficie, escala 1:10.000, con énfasis en los elementos estructurales principales y las asociaciones de alteración y mineralización. También se tomaron muestras para análisis petrográficos, calcográficos, geoquímicos y de dataciones absolutas. Como resultado, se ha obtenido que la mineralización está espacial y temporalmente asociada a dos eventos principales: uno magmático representado por diques microdioríticos mineralizados, y uno hidrotermal como resultado de la circulación de fluidos mineralizados cuya fuente de calor provino de los diques. La mineralización también está asociada a fallas N-NE, las cuales habrían tenido una cinemática de rumbo dextral en un régimen transtensional activo hasta los 125 Ma, que luego migró al régimen transtensional siniestral asociado al origen del Sistema de Fallas de Atacama (SFA). Al norte del yacimiento aflora un cuerpo intrusivo granítico a diorítico de gran extensión de 120,7 ± 1,1 Ma (U/Pb en circón, este trabajo), el cual corta la secuencia estratigráfica y la mineralización. Por otro lado, el yacimiento es limitado al oeste por la Falla Panulcillo, de rumbo NS y manteo subvertical (la cual corresponde a la Falla Romeral, extremo sur del SFA), y desplazado hacia el oeste por fallas NW, también subverticales, de cinemática siniestral inversa. El control geológico-estructural del yacimiento y su naturaleza geoquímica son herramientas claves para explorar yacimientos similares a la escala distrital y regional en la IV Región.
- ItemHidrodestilación continua de aceite esencial de Thymus vulgaris L.(2011) Yunge Becker, Rodrigo Andrés; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn este estudio se proponen dos métodos para la extracción continua de aceite esencial de tomillo (Thymus vulgaris L.): Columna de Hidrodestilación Continua (CHDC) y Columna de Conos Rotatorios (CCR). La influencia de las variables en el desempeño de cada método fue evaluado experimentalmente y sus resultados comparados con el método de destilación por arrastre de vapor (SD). El análisis estadístico de los resultados experimentales de la CHDC revelaron que para el rango estudiado (1.5 \2013 3 h) el tiempo de residencia no tiene un efecto significativo en el rendimiento de extracción. Sin embargo, es máximo para una zona intermedia de la razón de arrastre, aproximadamente 8%. Los resultados de la CCR mostraron que ni el flujo de alimentación (15-130 kg/h) ni la razón de arrastre (3.5-19%) tienen un efecto significativo sobre el rendimiento de extracción. Luego, las conciones de operación optima son aquellas que minimizan el consumo específico de energía: Flujo de alimentación de 30 kg/h y un 3.5% de razón de arrastre. El método de la CCR tuvo el más mayor rendimiento de extracción (3.6 g/kg s.s.), la más alta tasa de producción (4.97 g/h) y el menor consumo de energía específico (1.25 kWh/g) entre los tres métodos. Por el contrario, la CHDC tuvo el menor rendimiento (1.18 g/kg d.b.), la menor tasa de producción (0.22 g/h) y el más alto consumo de energía específico (8.00 kWh/g). Los aceites esenciales fueron analizados por cromatografía gaseosa y espectrometría de masas (GC-MS). El aceite de la CCR fue el más rico en terpenos oxigenados, particularmente en aquellos monoterpenos oxigenados que son más valiosos: timol (24.5%) y carvacrol (6.4%). Con estos resultados la CCR prueba ser una alternativa apropiada para la producción de aceite esencial de tomillo a escala industrial.
- ItemIdentificación, selección e implementación de nuevos métodos para la biosíntesis de ironas.(2018) Pizarro Black, Trinidad Francisca; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLas ironas son compuestos cetónicos con aroma a violeta que se utilizan industrialmente en perfumería y alimentos, mercados relevantes y en expansión. Se sintetizan químicamente o se obtienen mediante la oxidación de sus precursores, cicloiridales. Éstos están presentes en las raíces de los lirios, aunque no se ha descrito su ruta metabólica de biosíntesis. El alto valor de mercado y demanda de ironas hace que el diseño de un proceso de síntesis biotecnológica sea de gran interés. Este trabajo propone y desarrolla un método para la síntesis de (-)-cis-α-irona a partir de α-ionona, mediante el uso de una enzima recombinante, modificada por mutagénesis sitio-dirigida. No se había reportado ninguna enzima que catalizara esta reacción, por lo que se seleccionó la fenilpiruvato metiltransferasa de Streptomyces hygroscopicus (MppJ) como la mejor candidata mediante una comparación in silico. Luego, se modelaron mutaciones puntuales de MppJ para evaluar la orientación del sustrato, α-ionona, en el bolsillo catalítico, identificándose 13 mutantes apropiadas, según criterios de afinidad y distancia entre átomos relevantes. A continuación, se logró inducir la expresión de MppJ y sus 13 mutantes en Escherichia coli BL21(DE3). Finalmente, se evaluó la actividad de estas enzimas in vitro, en lisado celular, con su sustrato nativo, PPY, y con α-ionona. Se observó actividad con PPY en la enzima nativa y en dos de las mutantes: M240G/F287L y M240G/F287L/V328F. En los ensayos con α-ionona, no se detectó formación de ironas sobre 0,5 ppm ni de otros productos metilados. De esta forma, el presente estudio da un paso adelante en el camino para descifrar la vía metabólica alternativa que permitirá sintetizarlas.
- ItemModelamiento cinético para la optimización de la producción de beta-ionona en S. cerevisiae(2017) Leiva Leiva, Kritsye Marión Andrea; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa producción biotecnológica de Aromas y Sabores (A&S) ha recibido menor atención que la de compuestos farmacéuticos o biocombustibles. Esto resulta sorprendente considerando que el mercado mundial de A&S ha sido estimado en US$ 27,5 mil millones el año 2014 y tiene un crecimiento anual de 4% (Leffingwell & Associates,2015). Dentro de estos compuestos, la β-ionona es una molécula promisoria presente en muchas flores y frutos, como moras, duraznos y damascos (López et al., 2015). Pero requiere la optimización de su biosíntesis mediante modelación matemática e ingeniería metabólica para convertirse en una alternativa económicamente viable. Los modelos cinéticos están siendo cada vez más utilizados para predecir cómo los cambios de la expresión enzimática se relacionan con los cambios en los flujos metabólicos, para ayudar en los esfuerzos para aumentar el rendimiento, el título y la productividad de las vías metabólicas diseñadas. Los modelos cinéticos permiten una mejor comprensión de las dinámicas biológicas y pueden brindar una aproximación costo-efectiva para reducir los experimentos de ensayo y error. En esta tesis desarrollamos un modelo de ecuaciones diferenciales ordinarias para una vía heteróloga de biosíntesis de β-ionona en S. cerevisiae, usando algunos parámetros cinéticos y concentraciones enzimáticas obtenidas de literatura. La calibración del modelo fue realizada para estimar los parámetros cinéticos más relevantes del sistema biológico no encontrados en la literatura. Se obtuvo un buen ajuste entre los módulos diseñados y la dinámica biológica registrada mediante análisis experimental. Además, efectuamos un diagnóstico de post-regresión para detectar posibles inconsistencias paramétricas del modelo. Finalmente, realizamos un análisis para identificar las etapas limitantes de la vía de biosíntesis de β-ionona en esta factoría celular. Las modificaciones genéticas propuestas mediante este trabajo proveen una alternativa para el diseño de una nueva plataforma para la síntesis de novo de β-ionona, que podría alcanzar mejores rendimientos que las estrategias biotecnológicas actuales.
- ItemPlant and substrate performance on different green roof designs in a semiarid climate(2015) Reyes Piña, Fermín Rodolfo; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLas cubiertas vegetales actuales han sido construidas y estudiadas principalmente en climas húmedos, donde se han identificado beneficios desde la aislación térmica hasta el aumento de biodiversidad. Sin embargo, poco se conoce de su desempeño en regiones áridas y semiáridas donde los requerimientos de irrigación pueden afectar la sustentabilidad de esta tecnología. Con el objeto de investigar y evaluar el desempeño de cubiertas vegetales en un clima semiárido, once módulos de cubiertas vegetales de 4 m2 fueron monitoreados durante el primer año de establecimiento. El estudio se realizó en Santiago, Chile (33°26’S, 70°39’W, 570 MSNM), en una región con clima semiárido típico. Se evaluaron tres profundidades de sustratos (5 cm, 10 cm y 20 cm) y cuatro sistemas de drenaje disponibles en el mercado. Los módulos fueron implementados con un sistema de irrigación por aspersión e instrumentados para medir condiciones micro-climáticas de temperatura del aire, precipitación, velocidad del viento y humedad relativa, y humedad y temperatura del sustrato a intervalos de 5 min. Los resultados de las mediciones muestran que el espesor de sustrato controla la amplitud de la temperatura diaria de éste. Los diseños de 10 cm y 20 cm de profundidad mostraron un efecto de amortiguación significativo en la temperatura del sustrato. Adicionalmente, los diseños de 10 cm y 20 cm de profundidad alcanzaron temperaturas máximas del sustrato de hasta 13°C menor que la temperatura máxima del aire. En contraste, los diseños de 5 cm de espesor aumentaron la amplitud de la temperatura en los sustratos, alcanzando en promedio 13,8°C más que la máxima temperatura diaria en primavera, y 2,6°C menor que la temperatura mínima diaria en verano. Los módulos de 10 cm y 20 cm de profundidad mantuvieron niveles adecuados y estables de humedad en el sustrato durante todo el período de estudio. En tanto las cubiertas de 5 cm fueron las más afectadas por la demanda hídrica atmosférica. Aunque sus limitaciones fueron parcialmente superadas con el incremento de la irrigación o con la incorporación de telas o espumas retenedoras para aumentar la humedad del sustrato, las cubiertas de 5 cm experimentaron amplitudes térmicas diarias mayores a las recomendadas para el desarrollo de plantas. En consecuencia, las cubiertas extensivas de menos de 10 cm de espesor de sustrato no resultan adecuadas para climas áridos o semiáridos como el existente en este experimento, aún cuando en este estudio más del 77% de las especies de Sedum sobrevivieron después del séptimo mes incluida la temporada seca. Sin embargo, las altas tasas de irrigación para mantener las plantas vivas pueden ser consideradas una limitación en lugares donde el agua es escasa.
- ItemPoder de mercado y mecanismos de regulación medioambiental en el sector eléctrico chileno(2013) Camino Valdivia, Vicente Alberto; Rudnick Van de Wyngard, Henry; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl presente trabajo titulado “Poder de Mercado y Mecanismos de Regulación Medioambiental en el Sector Eléctrico Chileno” tiene como objetivo identificar los efectos de la regulación ambiental en el sector eléctrico chileno, en presencia de poder de mercado. El trabajo se centra en dos puntos de interés. En primer lugar, en la comparación de los dos mecanismos principales de la reducción de CO2: la aplicación de los impuestos en la cantidad de material contaminado emitido a la atmósfera y la imposición de un techo de percepción a las emisiones totales mundiales considerando un escenario base. Y, en segundo lugar, estudiar los efectos de la regulación ambiental sobre la competencia y los índices de concentración del mercado. De esta manera, se estudian las ventajas de cada mecanismo de regulación medioambiental por sobre el otro, además de la utilización alternativa de la normativa como una herramienta disuasoria de poder de mercado. Se utiliza un modelo de equilibrios de Nash-Cournot a través de la función de Nikaido-Isoda y un algoritmo de relajación, para el horizonte de un día dividido en bloques de 24 horas. Restricciones de generación térmica e hidroeléctrica, y de transmisión se consideran en el proceso de optimización, limitando también a las unidades de hidroeléctricas por la cantidad de agua asignada para el día de estudio. Se evalúa el impacto sobre el principal sistema interconectado chileno, que se caracteriza por un mix de generación hidrotérmico y con un creciente aumento en las emisiones de carbono a la atmósfera. Los principales resultados del estudio muestran que la eficacia en la reducción de emisiones y su relación con el nivel de impuestos se correlaciona negativamente con los escenarios de concentración de mercado analizados.
- ItemPoroelastic model of the nucleus(2015) Pérez González, Nicolás Andrés; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaMuchas enfermedades han sido relacionadas en las últimas décadas a un mal funcionamiento estructural a la escala celular. En este trabajo buscamos una clara descripción para la mecánica del núcleo bajo cambios de presión en la membrana nuclear. Las diferencias de presión que aparecen y generan cambios en el volumen del núcleo tienen diferentes orígenes dentro de la célula tales como cambios en la presión osmótica o la despolimerización del cito esqueleto. En este trabajo, desarrollamos un modelo bifásico basado en cuatro fenómenos físicos: balance de fuerzas, balance de masas, la ley de Darcy y deformación mecánica. Hemos desarrollado 5 ecuaciones que usan 7 parámetros. Dos fueron dados por condiciones iniciales. Otros dos fueron obtenidos desde la literatura mientras que los últimos tres fueron determinados minimizando error en el ajuste de la curva. Los datos experimentales fueron obtenidos en Johns Hopkins University por colaboradores que se enfocaron en cambios volumétricos del núcleo en células adherentes. De estos experimentos hemos obtenido dos sets de datos: El primero que se relaciona a tripsinización de células y el segundo que se relaciona a la tripzinicación de células pretratadas con nocodazole. El modelo poroelástico ha sido capaz de reproducir la curva experimental y el comportamiento asimptótico en el estado final en ambos casos. Otro hallazgo de esta investigación ha sido el establecimiento de un valor para la permeabilidad del núcleo con un valor de 10−13 µm2. Además, hemos derivado de este modelo la diferencia de presión que aparece en la membrana nuclear una vez que el proceso de tripzinización ocurre. Creemos que la mecánica celular es mejor descrita por un modelo donde los polímeros y el fluido son considerados una mezcla
- ItemStudy of transport phenomena during frying using glass micromodels.(2011) Cortés Segovia, Pablo; Bouchon Aguirre, Pedro Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLas nuevas tendencias en nutrición y la creciente demanda por alimentos más sanos han sido las fuerzas motrices para el desarrollo de productos fritos con un menor contenido final de aceite. A pesar de los esfuerzos realizados por comprender a cabalidad el fenómeno de absorción de aceite durante la fritura, debido a que múltiples cambios ocurren durante este rápido y complejo proceso, la descripción completa de éste sigue siendo poco clara. Hasta el momento, el fenómeno de absorción de aceite en alimentos fritos, ha sido estudiado de diferentes maneras, utilizando diferentes técnicas de microscopia, métodos químicos, y se han realizado importantes esfuerzos por modelarlo. Debido a su complejidad, la mayoría del trabajo ha sido realizado desde un enfoque macroscópico, ya que los flujos claves son afectados por muchos factores que interactúan de numerosas maneras, en niveles diferentes. Esta tesis busca abordar el fenómeno de transporte ocurrido durante la fritura desde una perspectiva microscópica con el fin de lograr un mejor entendimiento de los mecanismos envueltos en el proceso. En consecuencia, la hipótesis fundamental de esta tesis fue que es posible estudiar y ganar un mejor entendimiento de la evaporación de los fenómenos de evaporación de agua y absorción de aceite, los cuales ocurren durante la inmersión en aceite desde un punto de vista microscópico mediante el uso de micromodelos. Por lo tanto, el objetivo principal de esta investigación fue obtener evidencia visual de los mecanismos responsables de la evaporación de agua y absorción de aceite durante la inmersión en aceite usando micromodelos de vidrio, para imitar una matriz alimentaria porosa, con el fin de establecer los mecanismos de flujo y secuencia durante el proceso, identificando cuando y como ocurren los movimientos de los fluidos. Los micromodelos son redes estrechas y transparentes de poros que simulan la complejidad de un medio natural poroso. Los micromodelos de vidrio han sido utilizados para estudiar flujo en medios porosos en muchas áreas de la ciencia y tecnología, como por ejemplo en la industria del petróleo, donde su aplicación ha contribuido a la comprensión de los fenómenos de flujo y en la optimización de los procesos de extracción. En el procesamiento de alimentos han sido usados para entender fenómenos claves en secado, impregnación a vacío y secado en frío. El primer paso consideró la implementación de la técnica fotolitográfica para la fabricación de los micromodelos de una manera reproducible. Además, se diseñaron 2 tipos de sistemas para simular el proceso de fritura, y se usaron varios tipos de cámaras para capturar imágenes estáticas y videos, los cuales fueron posteriormente procesados; con el fin de obtener información cuantitativa del fenómeno. El primer estudio estuvo centrado en visualizar las distintas etapas durante el periodo de inmersión y enfriamiento, con el objetivo de entender los principales mecanismos involucrados. Dentro de los principales resultados de este estudio, cabe destacar que fue posible obtener evidencia visual de los periodos de inmersión y enfriamiento, previamente descritos en la literatura. Específicamente, fue posible observar el movimiento (o evolución) del frente de evaporación y la dinámica del burbujeo. Respecto al fenómeno de absorción de aceite, fue posible concluir que solamente una pequeña fracción de aceite penetraba dentro del micromodelo de vidrio durante el periodo de inmersión. Durante el enfriamiento, la succión comenzó solo algunos segundos después de ser retirado el micromodelo del baño de aceite y se detuvo abruptamente cuando la continuidad de la capa de aceite superficial en el lado abierto del micromodelo se perdió. Esto permitió la entrada de aire, el cual penetró rápidamente en los capilares que aún se encontraban vacíos hasta que la presión interna alcanzó la externa. Los frentes de evaporación tienden en gran medida a tomar las formas de los perfiles de temperatura, como se refleja en la termografía infrarroja. En general, g afectó severamente el contenido de aceite. Específicamente, cuando g=0, una absorción mínima de aceite fue observada. Posteriormente, se estudió el efecto de la gravedad en la cinética de pérdida de humedad y absorción de aceite, con el objetivo de desacoplar la gravedad de los otros factores. Los microdelos fueron ubicados dentro del baño de aceite, usando diferentes orientaciones con respecto de la gravedad (g>0; g=0; g <0) con el fin de entender su efecto en la penetración capilar. Se observó que cuando g<0 la velocidad de secado de la matriz disminuyó y afectó el frente de evaporación, el cual fue menos estable como se indica por su mayor dimensión fractal (1.818±0.032). Finalmente, el efecto de diferentes matrices alimentarias sobre los fenómenos de transporte fue analizado. Para lo cual, se diseñaron tres micromodelos diferentes, basados en los patrones porosos de manzanas, papas y zanahorias. Los micromodelos que imitaban la estructura de una manzana mostraron las mayores velocidades de secado, y alcanzaron un mayor contenido de aceite final. Los micromodelos de zanahoria mostraron menores velocidades de secado, con un frente de evaporación menos estable, como se indica en su mayor dimensión fractal (1.826 ± 0.015). La menor porosidad de los micromodelos de zanahoria redujo significativamente la succión de aceite durante el periodo de enfriamiento, con un 34, 8 % del volumen total disponible ocupado por aceite. Por otro lado, el volumen ocupado por el aceite en los micromodelos de papa y manzana fue 37,0% y 41,5%, respectivamente. En general, el trabajo presentado en este documento permite obtener evidencia visual directa de los mecanismos implicados en la evaporación del agua y la absorción de aceite, con el fin de establecer los mecanismos de flujo más importantes y su secuencia durante el proceso, identificando cuándo y cómo los movimientos de los fluidos dentro de la matriz se producen. La inmersión de un micromodelo de vidrio en aceite, tiene ciertamente algunas diferencias respecto de la inmersión de un material alimentario. Por ejemplo, los micromodelos de vidrio no son higroscópicos, poseen una estructura fija y son 100% saturados con agua. Por otro lado, los materiales alimentarios están compuestos por variados componentes y la estructura porosa se desarrolla durante su procesamiento. En alimentos amiláceos por ejemplo, una de las principales categorías de alimentos; la gelatinización del almidón afecta la formación de la estructura del medio poroso la cual se desarrolla durante la fritura, donde los poros pueden además expandirse o colapsar durante el proceso. Sin embargo, el uso de micromodelos permite la observación directa del fenómeno de transporte, lo cual no ha sido posible alcanzar en los sistemas alimenticios. Esta evidencia podrá establecer las bases para conocimientos futiros en estos fenómenos y contribuir a la mejora de modelos predictivos, diseños de procesos y tecnologías de procesamiento para desarrollar productos fritos con menores contenidos de aceite. Junto a ello, el trabajo y técnicas desarrolladas en esta tesis ilustran como los micromodelos podrían ser usados para visualizar y proveer de valiosa información que permita entender fenómenos de transporte determinantes del procesamiento en otros campos.