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BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

Con aplicaciones para minería, agroindustria y remediación de sitios contaminados

Las comunidades microbianas son miembros clave en una gran variedad de ecosistemas naturales, artificiales e industriales. Desempeñan papeles esenciales en diferentes procesos de interés industrial como la elaboración de alimentos fermentados y probióticos, la producción de biomasa y principios activos para fármacos, en procesos metalúrgicos de biolixiviación de minerales de alto valor económico, durante la biorremediación de pasivos ambientales mineros, o en el tratamiento de aguas residuales urbanas, entre otros.

Sin embargo, esto no sería posible sin una adecuada identificación y una óptima comprensión de los roles biológicos de estos consorcios microbianos. Es por ello que, gracias a la METAGENÓMICA, se ha podido entender de una manera más precisa estos roles, volviéndose un componente importante en soluciones diversas para salud pública, farmacología, metalurgia, medioambiente, agroindustria, veterinaria y otros ámbitos.

A partir de datos metagenómicos, caracterizamos y describimos la microbiota a nivel genético, taxonómico y funcional, relacionándola con las condiciones ambientales y explicando la relación existente entre la diversidad microbiana y su entorno.

¿Cómo trabajamos?

1. DISEÑO DEL PROYECTO

Diseño experimental

Número de muestras

Tipo de muestras

Definición de variables

2. MUESTREO

Plan de muestreo

Tomas de muestras

Almacenamiento y transporte

LaboratorioLABORATORIO

3. EXTRACIÓN DE ADN

Kits de extracción especializados

Calidad del ADN

4. SECUENCIACIÓN NGS

Barcoding librerías y amplificación

Plataformas

Paired-end, cobertura y núm. lecturas

ANÁLISISANÁLISIS

5. BIOINFORMÁTICA

Calidad y preprocesamiento

Cluesterización de OTUs

Predicción taxonómica

6. BIOESTADÍSTICA

Biodiversidad: a y β

Composición microbiana

Análisis Multivariantes

CONOCIMIENTOCONOCIMIENTO

Integración de la información

Mejora la gestión

Tecnologías Metagenómicas Actuales

ANÁLISIS BIOINFORMÁTICO

Identificación de bacterias, hongos, levaduras y eucariotas: abundancia y taxonomía

Secuenciación dirigida (amplicones)

ANÁLISIS ADN RIBOSÓMICO
ANÁLISIS ADN RIBOSÓMICO

Secuenciación shotgun (total)

Metagenomic shotgun sequencing

Identificación taxonómica de procariotas y eucariotas, búsqueda y análisis de genes de interés, análisis de pathways

Análisis de las Comunidades Microbianas

ALFA DIVERSIDAD

ALFA DIVERSIDAD

¿Qué diversidad microbiana tengo en mi muestra? ¿Es rica en especies? ¿Es uniforme?
BETA DIVERSIDAD

BETA DIVERSIDAD

¿Presenta la misma diversidad microbiana todas las muestras? ¿Se comportan de forma diferente si tengo en cuenta su enterno?
COMPOSICIÓN MICROBIANA

COMPOSICIÓN MICROBIANA

¿Qué especies tengo en mis muestras? ¿Qué porcentaje representan? ¿Presentan una composición semejante?
COMUNIDAD MICROBIANA COMÚN

COMUNIDAD MICROBIANA COMÚN

¿Existe un conjunto de especies común a todas mis muestras?
Análisis de Redes (Network Analysis)

Análisis de Redes (Network Analysis)

¿Es posible conocer las diferentes interacciones entre los miembros de mi comunidad?

Integración de la información metagenómica y ambiental

Integración de la información metagenómica y ambiental El primer paso es realizar un análisis exploratorio de los factores abióticos. El segundo, es el estudio de las posibles relaciones de estos factores en un determinado entorno. Esto da como resultado el conocimiento de las interacciones que se hallen entre la información metagenómica y la ambiental.
Análisis de datos metagenómicos
+
Análisis de las condiciones ambientales
CONOCIMIENTO

CONOCIMIENTO

Modelos estadísticos que describen explican las interacciones que existen entre ellos y predicen el comportamiento con vista al futuro.

¿Cómo se aplica la metagenómica en procesos que involucran suelos, aguas y residuos en entornos mineros?

Se trata de una metodología versátil y adaptable cuyo objetivo, es conocer qué comunidades microbianas están gobernando el proceso biotecnológico, como por ejemplo ocurre en los procesos mineros de la biolixiviación y la biorremediación, y en última instancia, mejorar dichos procesos haciéndolos más rentables y/o eficientes al conocer con mayor precisión los microorganismos implicados.

Entornos mineros

ENTORNOS MINEROS

Procesos industriales

PROCESOS INDUSTRIALES

Entornos mineros

AGRICULTURA

En todos los casos se recogerían las muestras teniendo en cuenta su correcto almacenamiento y preservación hasta llegar al laboratorio, donde se procesarían las muestras y en función de la naturaleza de estas, se elegirían los kits de extracción de ADN más adecuados. Del mismo modo, en la fase de secuenciación se tendría en cuenta, el diseño de primers y librerías, la profundidad de las lecturas, la calidad de la secuenciación y el diseño experimental del estudio.

En cuanto al procesamiento de las muestras de manera bioinformática y bioestadística son técnicas robustas y validadas por la comunidad científica, lo que aporta confianza al estudio, y en todos estos escenarios se procedería a analizar la información siguiendo un plan de actuación.

DISEÑO DEL PROYECTO >

MUESTREO

LABORATORIO

ANÁLISIS

CONOCIMIENTO

Por qué es importante su aplicación en estudios ambientales y que beneficios nos generan

Se constituye como una herramienta estratégica en distintas áreas de biotecnología minera, industrial, agroalimentaria y ciencias de la vida

La metagenómica, como tecnología ómica de alto rendimiento, está acelerando el progreso en la comprensión de la diversidad de la vida microbiana y su comportamiento respecto a su entorno. La metagenómica, directamente a partir de una muestra ambiental, nos permite el estudio de todos los microorganismos que hay en ella. Por tanto, la importancia de esta técnica radica en que nos permite descifrar la diversidad microbiana y las actividades metabólicas de varios microorganismos en dichas condiciones ambientales revelando las estrategias bioquímicas utilizadas por estos microorganismos para sobrevivir en condiciones poco favorables, sino extremas.

En el contexto de la biotecnología minera, dos casos representativos de éxito son los procesos biolixiviación y la biorremediación que se han beneficiado de esta técnica. La biolixiviación ha mostrado ser 30-50% más eficiente que las tecnologías convencionales y más ecológica, ya que requiere 6 veces menos agua y 3 veces menos energía. La aplicación de sistemas de biorremediación basados en microorganismos ha permitido recuperar ambientalmente entornos muy contaminados por años de explotación, aportando una solución a una de las principales razones de conflictos sociales en el sector de la minería. Una mejor comprensión del "microbioma" mineral y sus mecanismos de mineralización y solubilización podría ayudar en la exploración, producción y reciclaje final de los recursos mineros y subproductos como las aguas ácidas.

Los avances en la tecnología de secuenciación de ADN brindan oportunidades sin precedentes para obtener información sobre los genomas de los microorganismos. Por tanto, hoy por hoy, la metagenónica es una herramienta insustituible para la correcta comprensión de la información ambiental aplicada en las áreas de biotecnología minera industrial, agroalimentaria y ciencias de la vida.

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