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IngresarPresentación del grupo 5444 - 2007-2.
a)Título
Fitorremediación de contaminantes orgánicos y sustancias tóxicas en suelos y cuerpos de agua
| Lugar | ||
| Reunión | Taller de Biología Molecular de la Célula I y II | Martes y Jueves9 a 11:00 |
| Inicio de los cursos | Taller de Biología Molecular de la Célula I y II | Jueves 22 a las 9:00 |
| Contactos | Dr. Manuel Jiménez Estrada | |
| Lab. 10 Instituto de Química | 56 22 44 30 | |
| Correo electrónico: manuelj@servidor.unam.mx | ||
| Dra. Ma. Isabel Saad Villegas | 56 22 53 8853 22 53 83 | |
| Correo electrónico:saadisa@servidor.unam.mx |
b)Responsable del Proyecto[1]
Dr. Manuel Jiménez Estrada. El Dr. Jiménez es Investigador Titular C de tiempo completo en el Instituto de Química de la UNAM. Es Investigador Nacional Nivel III en el SNI. Tiene doctorado en ciencias químicas por la Facultad de Química de la UNAM, con especialidad en Química Orgánica. Sus investigaciones se centran en la fitoquímica y la biotecnología vegetal. Ha participado en diferentes proyectos de biotransformación de sustancias orgánicas, tanto con microbios como con vegetales. El Dr. Jiménez será el coordinador del taller y se encargará de optimizar los sistemas de medición de sustancias orgánicas.Profesores asociadosDra. Cristina García Flores.- La Dra. Floreses Técnico Académico Titular A en la Facultad de Ciencias de la UNAM y es Candidato a Investigador en el SNI. Es Bióloga yDoctora en Ciencias con especialidad en Biología Celular, por la Facultad de Ciencias de la UNAM. Su investigación se ha centrado en la Biología Vegetal, en particular en estudios bioquímicos y moleculares de células vegetales; y en el empleo de herramientas biotecnológicas aplicadas al mejoramiento vegetal. Su participación en el taller se centrará en la generación de líneas celulares y el mejoramiento vegetal empleando marcadores bioquímicos y moleculares.M. en B. Ma. Eugenia Muñiz, Díaz de León..- La maestra Muñiz es biologa. Por la Facultad de Ciencias de la UNAM y tiene maestría en biología por la UAM. Tiene más de quince años de experiencia en la docencia. Su área de especialidad es la morfogénesis y desarrollo de pteridofitas. Actualmente trabaja en la Facultad de Ciencias de la UNAM, está a cargo en el Taller de Plantas I y II. Su aportación en el curso se centrará en la optimización de sistemas de reproducción de helechos.Dra. María Isabel Saad Villegas. La Dra. Saad es Técnico Académico titular A en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Es Bióloga, tiene Maestría en Biotecnología y es Dra. En Ciencias, con especialidad en Biología Celular por la Facultad de Ciencias de la UNAM. Su trabajo de investigación se ha centrado en la biotecnología vegetal, en particular ha trabajado conplantas medicinales y en biotransformación de sustancias orgánicas con células vegetales. Su participación en el taller se daráen la determinación del estado del arte y en es establecimiento de sistemas de biotransformación.c)Antecedentes y perspectivas
La fitorremediación es una tecnología emergente[2] que utiliza planta y a los microorganismos asociados a la rizósfera, para remover, transformar o contener sustancias contaminantes localizadassuelos, sedimentos, acuíferos, cuerpos de agua superficiales, e incluso en la atmósfera. Esta es tal vez el área más prometedora de la Biorremediación, porque las plantas como reflejo de:su naturaleza autotrófica, su redundancia metabólica, la presencia de compartimentación metabólica que no se encuentra en bacterias o animales (debida a los plastidios y la vacuola) y su condición sésil que complica más sus necesidades metabólicas, son el grupo biológico con las más altas capacidades biosintéticas de la tierra. Por lo cual, pueden transformar y mineralizar una amplia variedad de complejos orgánicos. La Biorremediación con plantasocurre a través de varios procesos: 1) modificación de las propiedades físicas y químicas de suelos contaminados, 2) la producción de exudados de raíz que aumentan la concentración de carbono orgánico, 3)mejoramiento de la aireaciónpor liberación directa de oxígeno en la zona de la raíz, así como aumento de porosidad de las regiones superficiales, intercepción y retardo en el movimiento de las sustancias, 4) co- metabolización efectiva de microbios y plantas, que lleva a la transformación de químicos recalcitrantes, 5) decremento vertical y lateral de la movilidad de contaminantes en acuíferos.
Enmuchos proyectos de remediación, las plantas se utilizan en la fase final, después de un tratamiento inicial para reducir altos niveles de contaminación. No obstante, cuando los contaminantesse encuentran en bajas concentraciones, la fitorremediación sola puede ser la estrategia más económicamente efectiva, que además puede brindar una solución del problema a largo plazo. Los contaminantes elementales, que incluyen metales tóxicos y radio nucleótidos son esencialmente inmutables a la acción enzimática. Las plantas sin embargo, pueden secuestrarlos y almacenarlos en su tejidos (fitoextracción y fitoacumulación). En el caso de los contaminantes orgánicos, la meta de la fitorremediación es la mineralización de las sustancias hasta componentes no tóxicos (fitodegradación o fitotransformación). Las enzimas vegetales pueden degradar anillos aromáticos, bifenilospoliclorados, fenoles, tricloroetileno. Las enzimas de interés particular en fitorremediación son: dehalogenasas, peroxidasas, nitroreductasas, nitrilasas y fosfatasas. La utilización efectiva de estos sistemas, puede requerir en algunos casos, la sobre expresión de genes existentes. Por otra parte, las plantas pueden modelar el ambiente geoquímico en la rizosfera, proveyendo condiciones ideales para que bacterias yhongos puedan degradar contaminantes orgánicos La fitorremediación es aún una tecnología muy joven. Se ha explorado la capacidad catalítica sólo de unas cuantas especies. Y la mayoría de los experimentos se han efectuado en laboratorios, por cortos periodos de tiempo, en condiciones relativamente controladas. En la enorme diversidad vegetal hay todavía muchas capacidades por descubrir, es necesario seleccionar las mejores especies, líneas celulares con potencial, hacer mejoramiento genético y hacer más investigación extensiva en condiciones de campo, para desarrollar el enorme potencial de la remediación vegetal. La remediación de suelos y cuerpos de agua con plantas requiere del empleo de herramientas bioquímicas y moleculares, biotecnología vegetal y técnicas químicas analíticas. La participación en un proyecto de esta naturaleza al amparo de profesionales con amplia experiencia, le dará al alumno la oportunidad de adentrarse en un área emergente y de manejar una amplia gama de tecnologías que le darán una sólida formación profesional, la cual le ayudará a incorporarse con éxito en la vida profesional. Con la intención de colaborar en este sentido, se propone este Taller con los objetivos y metas que a continuación se anotan.d)Objetivos
General
Establecimiento de modelos generales para el estudio y desarrollo de variedades vegetales altamente eficientes en la degradación de contaminantes orgánicos y acumulación de sustancias tóxicasEspecíficos
§Elección de especies modelo para la degradación de sustancias orgánicas y acumulación de metales pesados
§Establecimiento de sistemas de selección, mejoramiento y reproducción de ejemplares élite mediante el empleo de cultivo de células vegetales
§Desarrollo de variedades vegetales mejoradas por el empleo de cultivos in vitro y marcadores bioquímicos y moleculares
§Establecer metodologías generales para el desarrollo de procesos efectivos de fitorremediación
§Formar recursos humanos capacitados para la solución de problemas en campo
Objetivos por semestre
| Primer semestre | Proporcionar al alumno conocimientos básicos sobre los sistemas de biorremediación con plantasDar herramientas y metodologías generales de búsqueda de información que permitan al alumno localizar información estratégica en bases de datos bibliográficas y de patentes |
| Segundo semestre | Establecer protocolos estandarizados de degradación de contaminantes orgánicos para seleccionar plantas nativas con potencial |
| Tercer semestre | Establecer protocolos degerminación de semillas, cultivo convencional y micropropagación de las especies |
| Cuarto semestre | Selección de líneas sobreproductoras |
e)Bibliografía básica
- Beauchamp, R., Dzantor, E. (2002). Phytoremediation, Part II: Management Considerations. Environmental Practice. 4 (2): 88-94.
- Susarla, S., Medina, V., McCutcheon, S. (2002). Phytoremediation: An ecological solution to organic chemical contamination. Ecological Engineering. 18 (5): 647-658.
- Schwitzguebel, J. (2002). Hype or Hope: The Potential of Phytoremediation as an Emerging Green Technology. Federal Facilities Environmental Journal. 13 (1): 109.
- Chang, Y., Bae, B., Lee, I., Corapcioglu, M. (2002). Modelling Plant-Aided In-Situ Bioremediation of Soils Contaminated with a Volatile Organic Compound (VOC). Acta Biotechnologica 22 (1-2): 21-34.
- Chekol, T., Vough, L. (2002). Assessing the Phytoremediation Potential of Tall Fescue and Sericea Lespedeza for Organic Contaminants in Soil. Remediation. 12 (3): 117.
- Yoshitomi, K., Shann, J. (2001). Corn (Zea mays L.) root exudates and their impact on super(14)C-pyrene mineralization. Soil Biology and Biochemistry. 33 (12-13):1769-1776.
- Hunter, R., Combs, D., George, D. (2001). Nitrogen, Phosphorous, and Organic Carbon Removal in Simulated Wetland Treatment Systems. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 41 (3): 274-281.
- Kraemer, U., Chardonnens, A. (2001). The use of transgenic plants in the bioremediation of soils contaminated with trace elements. Applied Microbiology and Biotechnology. 55(6): 661-672.
- Rosser, SJ; French, CE; Bruce, NC (2001). Engineering plants for the phytodetoxification of explosives. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant [In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant]. Vol. 37, no. 3, pp. 330-333.
- Nzengung, V., Jeffers, P. (2001). Sequestration, Phytoreduction, and Phytooxidation of Halogenated Organic Chemicals by Aquatic and Terrestrial Plants. International Journal of Phytoremediation. 3(1): 13-40.
- Meagher, R. (2000). Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants.Current Opinion in Plant Biology. (2): 153-162.
- Nedunuri, K., Govindaraju, R., Banks, M., Schwab, A., Chen, Z. (2000). Evaluation of phytoremediation for field-scale degradation of total petroleum hydrocarbons. Journal of Environmental Engineering. 126 (6): 483-490.
- Wiltse, C., Rooney, W., Chen, Z., Schwab, A., Banks, M. (1998). Greenhouse evaluation of agronomic and crude oil-phytoremediation potential among alfalfa genotypes. Journal of Environmental Quality. 27 (1): 169-173.
- Boyajian, G., Carreira, L. (1997).Phytoremediation: A clean transition from laboratory to marketplace? Nature Biotechnology. 15 (2): 127-128.
- Ruiz, O., Hussein, H., Terry, N., Daniell, H. (2003). Phytoremediation of organomercurial compounds via chloroplast genetic engineering. Plant physiology, 132 (3):1344-52.
- Cheng, S. (2003). Effects of heavy metals on plants and resistance mechanisms. A state-of-the-art report with special reference to literature published in Chinese journals. Environmental science and pollution research international. 10(4):256-64.
f)Plan de trabajo
Semestre | Metas específicas | Actividades |
Primero | Establecimento del estado del arte en la fitorremediación de suelos y cuerpos de agua Elección de especies vegetales básicas | Búsqueda bibliográfica electrónica de bibliografía y patentes Análisis de la información Detección de especies potenciales Localización de especies nativas emparentadas |
Segundo | Aislamiento de especies nativas sobresalientes Prueba de degradación de sustancias orgánicas contaminantes | Colecta de semillas Estandarización de técnicas químicas analíticas |
Tercero | Establecimientos de cultivos convencionales Establecimiento de cultivos in vitro | Establecimiento de condiciones óptimas de germinación Establecimiento de cultivos en suelo Inducción de callos y establecimiento de cultivos en suspensión |
Cuarto | Selección de líneas celulares | Establecimiento de pruebas enzimáticas Búsqueda de marcadores moleculares |
Semestre | Temario | Responsable |
Primero | Introducción al Taller Biorremediación de suelos y cuerpos de agua ·Sistemas microbianos ·Fotorremediación Estrategias de búsqueda en bases de datos electrónicas Las patentes biológicas Estrategias de búsqueda en patentes biológicas | Dr. Manuel Jiménez Dra. Cristina García Dra. Ángeles Dra. Isabel Saad |
Segundo | Las estrategias de búsqueda en herbarios Las técnicas analíticas de estudio de sustancias orgánicas ·Resonancia magnética nuclear ·Espectroscopia de gases-masas ·HPLC ·Densitómetro | Dra. Cristina García Dr. Manuel Jiménez Dra. Ángeles |
Tercero | Protocolos de germinación de semillas Prácticas de cultivo convencionales El cultivo de tejidos vegetales ·Organogénesis ·Embriogénesis somática ·Inducción de callo ·Establecimiento de cultivos en suspensión | Dra. Isabel Saad Dra. Cristina García |
Cuarto | Pruebas de actividad de enzimas específicasLos marcadores moleculares Optimización de sistemas de biotrasnformaciónMejoramiento vegetal·Convencional·Ingeniería genética vegetal | Dra. Cristina García Dra. Ángeles Dra. Isabel Saad |
Plan de trabajo general del Taller
Etapas de la investigación y metas esperadas en cada una de ellas
| Etapa | Metas específicas por etapa |
| Búsqueda de información bibliográfica para determinar tendencias tecnológicas | §Documento del Estado del Arte y Tendencias tecnológicas§Esquema de propiedad intelectual de especies y procesos§Lista de especies reportadas que sobre acumulan metales pesados§Lista de especies reportadas que degradas sustancias orgánicas recalcitrantes |
| Selección de especies vegetalesmás promisorias (especies básicas) | §Obtención de semillas y propágulos de especies básicas§Búsqueda quimiotaxonómica de especies nativas emparentadas§Colecta en campo de semillas y propágulos |
| Establecimiento de cultivos | §Determinación de condiciones óptimas de germinación de las semillas§Establecimiento de protocolos de cultivo convencionales§Inducción de callos§Establecimiento de cultivos en suspensión |
| Establecimiento de sistemas de biotrasnformación | §Estandarización de sistemas de monitoreo de sustratos y productos§Pruebas con diferentes formas celulares§Selección de líneas celulares |
| Optimizacón de condiciones de transformación | §pH, temperatura§Optimización de la forma de utilización del sustrato§Medio de cultivo |
| Mejoramiento de líneas celulares | §Empleo de selección masal§Por variación somaclonal§Utilización de marcadores moleculares |
| Micropropagación de ejemplares élite | §Organogénesis§Embriogénesis somática |
g)Salidas de campo
Se harán salidas a campo hasta el segundo semestre a diferentes localidades dependiendo de las especies vegetales seleccionadas. Se pedirá apoyo al Instituto de Química parala realización de las colectas de semillas pertinentes.
h)Criterios de evaluación
Nivel del Taller | Evaluación[3] |
Primero | ·Exposición en seminarios ·Realización de las actividades programadas ·Investigaciones específicas ·Elaboración del proyecto de investigación ·Evaluación de las temáticas impartidas |
Segundo | ·Seminarios de avance del proyecto ·Realización de las actividades programadas ·Reporte final ·Evaluación de las temáticas impartidas |
Tercero | ·Seminarios de avance del proyecto ·Realización de las actividades programadas ·Reporte final ·Evaluación de las temáticas impartidas |
Cuarto | ·Seminarios de avance del proyecto ·Realización de las actividades programadas ·Reporte final ·Evaluación de las temáticas impartidas |
i)Prerrequisitos académicos
Nivel del Taller | Pre-requisitos |
Primero | ·Alumnos de quinto semestre |
Segundo | ·Alumnos que hayan cursado química y química orgánica |
Tercero | ·Alumnos con curso de biotecnología aprobado |
Cuarto | ·Alumnos con cursos de Biología Molecular de la Célula I y II aprobadas |
j)Alumnos por semestre
Nivel del Taller | Numero de alumnos |
Primero | ·Seis |
Segundo | ·Cinco |
Tercero | ·Cinco |
Cuarto | ·Cinco |
k)Requerimientos físicos y materiales del taller
Nivel del Taller | Se cuenta | Se solicita | |
Primero | Computadoras conectadas a internet | Tres computadoras | Acceso a la sala de cómputo |
Segundo | Densitómetro HPLC Cromatógrafo de gases | Densitómetro Equipo de RMN del Instituto | Acceso al Taller de Química para usar el HPLC y el equipo de Gases Masas |
Tercero | Instalaciones para cultivos de células vegetales | Cuarto con campana de flujo laminar Agitadores orbitales | Acceso a un cuarto de cultivo de células vegetales |
Cuarto | EspectrofotómetrosTermocicladores | Acceso a un Taller de Biología molecular |
l)Posibles áreas y temas para la elaboración de tesis profesionales en el Taller
Área | Temas de elaboración de tesis |
Plantas con altos contenidos de enzimas activas | ·Especies con potencial de biorremediación de contaminantes específicos en géneros determinados ·Estudios de germinación y propagación especial de especies particulares ·Micropropagación de especies particulares ·Selección de líneas celulares con alta capacidad de degradación y/o acumulación de sustancias orgánicas contaminantes ·Mejoramiento genético de plantas por el empleo de marcadores moleculares ·Micropropagación de ejemplares élite |
Proceso de biotransformación | ·Establecimiento de sistemas modelos de biotransformación in Vitro para contaminantes específicos ·Establecimiento de sistemas de biotransformación de sustancias específicas en suelos ·Optimización de sistemas de biotransformación en campo de contaminantes orgánicos particulares |
m)Distribución de pago de horas a los profesores participantes
Nivel del Taller | Profesores participantes | Pago por horas |
Primero | Dr. Manuel Jiménez Dra. Cristina García Dra. Ángeles | |
Segundo | Dr. Manuel Jiménez Dra. Cristina García | 4 4 4 |
Tercero | Dra. Cristina García | 6 6 |
Cuarto | Dra. Cristina García Dra. Ángeles Dra. Isabel Saad | 664 |
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