MAAVi Innovation Center

Área de investigación

SAR

¿Cómo es posible que el niño sepa a priori que pieza encaja en cada molde? ¿Qué ocurriría si cambiásemos la forma geométrica de las piezas?

Esto es una burda simplificación de la relación existente entre la química y la biología.

«Transformar un problema en una oportunidad»

A la concienciación social le han seguido todo tipo políticas dirigidas a reducir, reusar y reciclar estos subproductos, creando un nicho de mercado para las empresas que sean capaces de extraer el valor añadido a dichos residuos.

Las aplicaciones que se le dan a estos residuos pueden ser sencillas y de bajo valor añadido como: compostaje para desarrollar fertilizantes o generación de biocombustibles, biometano, etc. O más tecnológicas y de mayor valor añadido: extracción de biomoléculas activas, para producir nutracéuticos; pectinas para alimentación; producción de nanocelulosa, para cosmética, aplicaciones textiles, adhesivos, etc.; extracción de hemicelulosa para encapsulación de fármacos; entre otras muchas.

«Modelo MAAVi Lab»

En MAAVi trabajamos mano a mano con grandes productores agrícolas y agroindustrias. Estudiamos sus residuos, cuantitativa y cualitativamente: tipo de residuo, volúmenes anuales, estacionalidad, lugar de generación del residuo, composición química, estabilidad biológica, posibles aplicaciones documentadas, etc.

Para aplicaciones relacionadas con el área de la agricultura realizamos ensayos agronómicos, si las posibles aplicaciones no son en el área agrícola localizamos terceras empresas interesadas en los posibles productos.

Todo ello acompañado de estudios de viabilidad técnica y económica.

Área de investigación

Fitoquímica

Las plantas constituyen la mayor biofábrica de moléculas conocida. Existen más de 400.000 especies de plantas identificadas, lo que representa solo un 3% de la biodiversidad vegetal estimada. Cualquiera de estas especies, es capaz de producir por si sola desde 5000 hasta decenas de miles de compuestos diferentes. Si consideramos todas las posibles combinaciones que se pueden producir entre estos compuestos estaríamos hablando de un espacio químico prácticamente infinito (miles de millones de moléculas). Esta diversidad química contiene las claves de la supervivencia de las plantas durante millones de años de evolución y se considera la mayor fuente de principios activos a los que se le atribuyen propiedades biológicas de todo tipo.

En el área de botánica estudiamos y decodificamos la diversidad química de las plantas y entendemos cómo funcionan las interacciones que ocurren entre las moléculas. De este modo podemos diseñar nuevas combinaciones dirigidas a un gran espectro de actividades biológicas para hacer frente a un sinfín de retos.

El espacio químico.

El espacio químico natural comprende todas las posibles combinaciones de estructuras moleculares que ocurren en la naturaleza. Es prácticamente infinito (miles de millones de compuestos), desconocido en más de un 95% y su mayor fuente conocida son las plantas (más del 70%). Desarrollamos una red colaborativa con los mayores centros de biodiversidad vegetal del mundo América, Asia y África.

Somos capaces de extraer las moléculas aplicando un innovador nodo de amplificación (hipervínculo a apartado Nodo de amplificación de otra sección) sobre la matriz vegetal, que consiste en una combinación única de procesos tec- y biotecnológicos secuenciales. Llevamos a cabo la identificación y elucidación estructural mediante técnicas cromatográficas y espectroscópicas combinadas con análisis quimiométricos.

Definimos y aislamos los compuestos marcadores de la actividad biológica mediante técnicas avanzadas de fraccionamiento químico guiado por bioensayos y analizamos los resultados mediante quimiometría e inteligencia artificial

Aumentamos el potencial del natural mediante técnicas de cultivo in vitro, mejoramiento genético y domesticación selectiva de quimiotipos salvajes.

Diversificamos y Funcionalizamos selectivamente las moléculas naturales cabezas de serie mediante estudios SAR  y algoritmos de Inteligencia Artificial.

Optimizamos las propiedades biológicas y toxicológicas de las moléculas resultantes el diseño dirigido de sinergias multifuncionales.

Nos importa la química detrás del producto y el uso responsable del natural.

Química natural detrás del producto

Nuestra química tiene como base una molécula que siempre se encuentra o es susceptible de encontrarse en la naturaleza.

Uso responsable

Hacemos un uso responsable del natural. Nos interesan particularmente tres niveles:

¿Cómo entendemos las sinergias multifuncionales?

Un efecto sinérgico consiste en lograr que una combinación molecular tenga un efecto biológico superior al que se produce por la simple suma de sus partes. Constituye un enfoque robusto aplicado en numerosas áreas de la Medicina y La Farmacología. Nosotros hemos extendido ese enfoque a otras áreas como la Agricultura, Acuicultura, Ganadería, Industria Alimentaria y Cosmética.

Hacemos sinergia para: Incrementar la eficacia, disminuir las dosis de aplicación y niveles de exposición a los ingredientes activos, aumentar el espectro de acción tipo “multitarget”, amplificar los mecanismos de acción, mejorar las propiedades fisicoquímicas, favorecer la sistemia y residualidad, y para cualquier otra cosa que se nos pida.

Somos expertos en el diseño de combinaciones sinérgicas de moléculas naturales. Nos diferenciamos en que (1) estudiamos las sinergias que ocurren en la propia naturaleza y (2) diseñamos combinaciones exclusivas desde un enfoque multidisciplinar donde la Botánica, Microbiología, Química, Biología, bioinformática y Matemática van de la mano.

En primer lugar, extraemos todo el espacio químico contenido en la matriz vegetal. Realizamos un fraccionamiento químico guiado por bioensayos donde cada fracción caracterizada químicamente se enfrenta a los diferentes retos biológicos. De esta forma somos capaces de conocer la función (sinérgica, aditiva, cooperativa y/o antagónica) de cada entidad química en relación con los niveles de actividad del extracto bruto.

La clave de nuestro éxito es que sabemos cómo extrapolar las sinergias que ocurren en la naturaleza a nuevas matrices combinatoriales exclusivas. Tomando como base las dosis subletales (inferiores a LD50 o EC50), aplicamos el Triángulo de Gibbs y creamos una matriz con más de 100 interacciones secundarias y terciarias entre las identidades químicas de las moléculas marcadoras seleccionadas. Mediante un análisis de fenotipado, los niveles de eficacia de cada combinación se comparan con los de cada molécula individual teniendo en cuenta las correspondientes dosis efectivas 50% y 90%. Los efectos sinérgicos se verifican a tres niveles: análisis isobolográfico, aplicación de la ecuación de Limpel y el índice combinatorio de Chou y Talalay.

Área de investigación

Fisiología Vegetal

La importancia de las plantas es igual a la de cualquier otro organismo vivo presente en nuestro planeta. Las plantas son básicamente la razón por la que la mayoría de los organismos sobreviven en la Tierra. Nos proporcionan el oxígeno que respiramos y el alimento que consumimos.

La rama de la Ciencia que se ocupa del estudio de la estructura y función de las plantas y sus partes se conoce como Fisiología Vegetal.

Las plantas no son seres inanimados como puede parecer. Estudiando su fisiología sabremos cómo funcionan, qué es lo que ocurre en su interior. Cientos de reacciones químicas subyacen en cada célula vegetal, transformando el agua, sales minerales y gases en tejidos y órganos organizados. Cientos de cambios ocurren durante su crecimiento, desde la germinación, la formación de flores y frutos hasta la caída de las hojas en otoño.

La fisiología vegetal abarca todos los aspectos de la biología de las plantas, a nivel estructural, molecular, de sistemas, así como su relación con el medio que las rodea (ecofisiología).

Sintetiza el conocimiento de numerosos campos de la ciencia como la física, la química, la bioquímica, la genética y la biología molecular con el fin de comprender cómo las plantas crecen y sobreviven en diferentes ambientes.
Se sirve de numerosas técnicas y herramientas que nos permiten averiguar el estado de salud y rendimiento de una planta en diferentes condiciones de cultivo o crecimiento.

En el caso de la agricultura, es vital saber cómo funcionan las plantas de un determinado cultivo para poder conocer, recuperar y mejorar su rendimiento y producción.

Las plantas se ven sometidas durante su ciclo de vida a numerosos estreses que amenazan con su supervivencia, y en el caso de los cultivos, con la pérdida de las cosechas. Estos estreses pueden ser de origen biótico (una plaga o enfermedad) y abiótico (una sequía, una helada, por ejemplo).

Mediante el conocimiento de la fisiología de las plantas, podemos diseñar con mayor precisión productos destinados a la evitación, superación y recuperación de esos estreses. Es parte de nuestro trabajo en Maavi.

¿Cómo sabemos si una planta está estresada y qué cambios característicos se producen en ella?

Diversos factores físicos y químicos de estrés ambiental como temperaturas altas, heladas, sequía, cambios en la intensidad luminosa, salinidad, deficiencias nutricionales, presencia de metales pesados, herbicidas, ozono etc… afectan a la función de las plantas de manera directa o indirecta, afectando por tanto a la emisión de fluorescencia. Existen diversas técnicas que pueden utilizarse para revelar mecanismos de respuesta, cuantificación de respuestas al estrés e identificación de ciertos contaminantes y sus fuentes.

Algunas de estas técnicas son: 

• Fluorescencia de la clorofila
• IRGA: medidor de gas en el infrarrojo.
• Técnicas bioquímicas: MDA, cuantificación

Área de investigación

Biotecnología microalgal

Las microalgas son plantas unicelulares  que convertimos en pequeñas fábricas naturales, de las que extraemos millones de compuestos de gran valor biotecnológico.

Plantas unicelulares

Las microalgas pertenecen al reino vegetal y tal como las plantas superiores, pueden ser organismos autótrofos, cosmopolitas y acumular similares metabolitos secundarios frente a determinadas condiciones ambientales. Pero ¿qué aspectos las han puesto en la mira de la biotecnología?

• El no ser autótrofos obligados, ya que estos microorganismos, además de realizar fotosíntesis, pueden utilizar fuentes orgánicas de carbono, contando así con una nutrición heterotrófica, o mezclar ambas formas de obtener energía, tratándose ésta de una nutrición mixotrófica.
• Son capaces de tolerar condiciones muy adversas en cuanto a pH, salinidad y/o temperatura, gracias a determinados atributos fisiológicos, que les permiten habitar ambientes muy extremos, como lo son zonas de glaciares, desiertos o incluso zonas inusuales, como los cementerios.

Teniendo en cuenta lo anterior, el poder controlar el tipo de nutrición en microalgas con atributos fisiológicos determinados, es posible dirigir la acumulación de sus metabolitos secundarios, convirtiéndolas en pequeñas grandes fábricas biotecnológicas.

Metabolitos secundarios

Las microalgas varían su respuestas fisiológicas frente a determinadas condiciones exógenas

El comportamiento fenotípico de las microalgas frente a determinados factores ambientales hace que varíe su contenido molecular de fitohormonas, pigmentos, ácidos grasos, así como su acción biopesticida.

En Maavi prospectamos los comportamientos naturales de los organismos, identificando y replicando controladamente, las condiciones inductoras de rutas metabólicas de los compuestos de interés biotecnológico.

Fábricas naturales

En Maavi ponemos en valor la diversidad natural, para ello prospectamos, caracterizamos y optimizamos la acumulación de compuestos bioactivos, para posteriormente identificar el mejor sistema de producción a mayor escala, que equilibre la cantidad de biomasa generada y acumulación de metabolitos de interés, al menor costo de producción.

• Prospección de bioactivos desde la biodiversidad microalgal

Tenemos en cuenta la gran diversidad de microalgas que existen (más de 30,000 especies) por lo que priorizamos las cepas de microalgas poco estudiadas y tenemos en cuenta que no todas son iguales, aprovechamos su plasticidad fenotípica.

• Caracterización de alta resolución

Somos capaces de extraer las moléculas aplicando un innovador nodo de amplificación sobre la matriz vegetal, que consiste en una combinación única de procesos tec- y biotecnológicos secuenciales. Llevamos a cabo la identificación y elucidación estructural mediante técnicas cromatográficas y espectroscópicas combinadas con análisis quimiométricos.

Diversificamos y Funcionalizamos selectivamente las moléculas naturales cabezas de serie mediante estudios SAR y algoritmos de Inteligencia Artificial.

Optimizamos las propiedades biológicas y toxicológicas de las moléculas resultantes el diseño dirigido de sinergias multifuncionales.

• Optimización con estrategias no invasivas

Buscamos poner en valor lo natural de una forma sostenible. Una cepa debe presentar un equilibrio entre su capacidad de generar biomasa, de acumular metabolitos de interés y de implicar procesos de producción escalables y rentables. Para ello, nos enfocamos en estrategias de evolución adaptativa en laboratorio

• Sistemas de ensayo y escalado

Tenemos varios sistemas de cultivo controlados (de mezcla, aireación, temperatura, pH e iluminación), de 2L, que es un volumen que nos permite generar biomasa suficiente para posteriores análisis y reactores de 20 L, con los cuales damos inicio a la generación de cultivos con los cuales inocular nuestra planta semiindustrial

La planta semiindustrial, por su parte cuenta con distintos sistemas, gracias a los cuales podemos aumentar la cantidad de biomasa en cultivo. Estos son abiertos (raceway de 775 L) y cerrados de cultivo, con fotobioreactores de tipo tubular (700L), cilíndrico y plano (500 L) y 4 sistemas cilíndricos (150 L c/u). Cada FBR cuenta con sensores para monitorear los parámetros de control y seguimiento de los cultivos, en cuanto a su pH y temperatura, información que puede analizarse telemáticamente mediante un programa en línea, pudiendo acceder a los datos en tiempo real de manera remota, para la pronta toma de decisiones y regulación de condiciones.

Cabe destacar que nuestra planta consta de un sistema de bombas de alimentación y cosechado independientes, que permiten una operación a distintos caudales o regímenes de operación (continuo, semicontinuo o batch). Así, la configuración de este diseño nos permite llevar a cabo comparaciones entre cada sistema, prospectando el más adecuado para cada cepa y metabolito de interés.

Valor biotecnológico

Las microalgas, junto a las demás fuentes naturales con las que trabajamos en Maavi (4HEALTH) representan un patrimonio biológico importante. Desde ellas obtenemos moléculas con las que desarrollamos nuevos e innovadores productos para los distintos mercados a los que ayudamos en su transición hacia lo natural.

Y es que las microalgas presentan un sinfín de posibilidades y en Maavi estamos alertas a las nuevas tendencias investigativas para abordarlos y ensayarlos. Y es que uno de nuestros aspectos que nos diferencian de cualquier otro centro de investigación microalgal es que contamos con gran cantidad de plataformas de ensayo, donde realizamos desde ensayos in vitro hasta pruebas en campo. Además, nos apoyamos en nuestras redes de colaboración nacionales e internacionales, académicas, investigativas y comerciales, logrando así un escenario multidisciplinario a partir del cual generar nuestros desarrollos biotecnológicos.

Productos

Dentro de los productos desarrollados por Maavi, a partir de microalgas, destaca Seawex es el único producto basado en la acción bioestimulante conjunta de las macroalgas y las microalgas 100% natural. Es una fuente activa de fitohormonas naturales como citoquininas, auxinas y giberelinas, pero, además, de aminoácidos libres, vitaminas, carbohidratos y antioxidantes, que promueven la resistencia al estrés, preparando al cultivo en momentos de alta demanda energética y durante cambios de fase fenológica. Es la combinación perfecta para que todos los procesos metabólicos y fisiológicos se den correctamente, optimizando el rendimiento de los cultivos.

Área de investigación

La Evolución de los Sistemas de Defensa de las plantas

Al igual que el ser humano cuenta con un sistema inmunológico frente a patógenos, las plantas han desarrollado sus propios mecanismos de defensa.

Es apasionante tratar de entender cómo un organismo que pasa toda su vida en el mismo lugar sin posibilidad de elegir otra ubicación se defiende, sin moverse, de condiciones climáticas adversas o patógenos, ¿no lo crees?

¿Podemos hablar de Sistema Inmunológico de las plantas? ¿Tienen memoria las plantas para recordar los ataques que han superado?

La Evolución de los Sistemas de Defensa de las plantas

El Priming es una evolución de la estrategia defensiva de las plantas.

Martínez-Medina y colaboradores (2016) lo definieron como el estado fisiológico en el que las plantas están preparadas o pre-acondicionadas para una activación más eficiente de sus defensas contra desafíos ambientales, tanto bióticos como abióticos.

¿Cómo se preparan o entrenan las plantas para defenderse?

En la Naturaleza, cuando una planta recibe una señal de peligro, activa sus rutas de defensa en función de la amenaza que han detectado. Estos estímulos pueden ser: un patógeno que quiere infectar los tejidos vegetales, un organismo beneficioso que quiere interaccionar con la planta, el roce mecánico con una persona o un animal, etc.

En MAAVI investigamos para preparar a las plantas antes de que detecten una amenaza o un ataque a través de moléculas naturales que llamamos “elicitores”. Hablamos entonces de plantas “elicitadas” o “primadas”.

Estos elicitores van a provocar un estado de alerta en las células vegetales para que, cuando llegue la amenaza real, se potencien las rutas de defensa y puedan combatir mejor.

¿Quieres conocer qué tipo de elicitores investigamos en MAAVI?

Las plantas son capaces de reconocer ciertos patrones moleculares y actuar en respuesta. Según la naturaleza de estos compuestos se pueden clasificar en MAMPs, PAMPs o DAMPs si provienen de microorganismos, patógenos o daños en las células vegetales.

Además de estas moléculas las plantas son capaces de responder a ciertos estímulos químicos o ambientales.

Algunos compuestos naturales como promotores del crecimiento, activadores o inductores de las defensas de las plantas ya se han relacionado con el fenómeno del Priming, incluidos oligosacáridos, glucósidos, amidas, vitaminas, ácidos carboxílicos y compuestos aromáticos.
En general, los compuestos naturales tienden a ser mejor tolerados por las plantas que la mayoría de los compuestos sintéticos probados (Iriti et al., 2010; Noutoshi et al., 2012; Aranega-Bou et al., 2014).

Por ese motivo, en Maavi Innovation Center buscamos estas moléculas entre las fuentes principales de recursos naturales en los que se basan nuestras soluciones:

• Botánicos, por ejemplo: Milsana (extraída de Reynoutria sachalinensis), oligogalacturonidos, fructooligosacaridos de bardana…
• Microalgales carragenanos, fucanos, ulvanos, laminarina…
• Microbianos tales como flagelina, harpin-proteins, lipopéptidos, β-glucanos, quitosano, quitina, ergoesterol…

¿Quieres saber cómo dilucidamos nuevos elicitores Priming?

Área de investigación

Entomología

Área de cría y ensayos con insectos diana.

En MAAVI disponemos de sistemas de cría de insectos plaga para poder llevar a cabo nuestros ensayos de biopesticidas durante todo el año.

Te enseñamos dónde investigamos con nuestros “aliados” para el desarrollo de nuestras soluciones.

La entomología es el estudio científico de los insectos, los cuales suponen los 2/3 del total de especies descritas en el mundo (total = 1,3 millones).

En MAAVI es el área encargada de la cría de los insectos que son diana de nuestras soluciones de biocontrol.

Las poblaciones son establecidas en nuestros boxes de cría tras la optimización de las condiciones óptimas, llegando a alcanzar los 10.000 individuos en ciertas plagas.

Frente a ellos realizamos varias fases de ensayos dentro de nuestro denominado Hit 2 Lead

Ensayos primarios de candidatos:

• Mortalidad por contacto sobre el estadio más agresivo de la plaga para el cultivo.
• Establecemos umbrales de eficacia mayores del 75% para que los candidatos pasen de fase.
• Realizados sobre material vegetal a escala “in vitro”.

Ensayos secundarios de Hits, Leads, Sinergias y Preformulados o Ensayos de Comportamiento:

• Inhibición del Asentamiento
• Inhibición de la Oviposición
• Inhibición de la Alimentación
• Realizados a escala “in planta”
• Ensayos dosis/respuesta

Por tanto, realizamos estudios en todos los estadios del ciclo de vida las plagas con el objetivo de definir Modos de Acción y poder determinar las causas de la disminución de las poblaciones.

En MAAVI contamos con las siguientes instalaciones de cría y ensayos:

• 200 m2 de invernaderos distribuidos en:
• 10 subunidades de 20 m2 cada uno ventilación cenital, extractores de aire y regulación de temperatura.
• 2 Cámaras de cultivo de 20m2 cada una de ellas donde se regulan la temperatura, humedad y fotoperiodo.
• 80 m2 de área de ensayos “in vitro” e “in planta”.
• Realizamos más de 600 ensayos a la semana

Área de investigación

Fenotipado

El fenotipo de una planta es cualquier característica o rasgo observable, como, por ejemplo, altura, número y tamaño de hojas, contenido de clorofila, etc., y que resulta de la interacción entre la información genética (genotipo) y el ambiente donde la planta se desarrolle. El fenotipado de plantas analiza la interacción entre la composición genética y el entorno donde se desarrolla una planta, que produce ciertas características o rasgos. Nuestra plataforma LINNA permite realizar, de manera precisa, el fenotipado masivo de plantas utilizando técnicas no invasivas basadas en imágenes digitales y sensores. En este proceso, las imágenes digitales capturadas con diferentes sensores son analizadas a nivel de píxel y procesadas en código binario mediante nuestro sistema de visión artificial para, así, poder transformar la naturaleza en datos entendibles por los modelos predictivos que forman parte de LINNA®. De esta manera, podemos, por ejemplo, evaluar la respuesta de las plantas frente a diferentes tipos de estrés ambiental o el impacto de bioestimulantes o bioherbicidas en el desarrollo y crecimiento de las mismas. La cuantificación de rasgos cualitativos y cuantitativos individuales forman la base para la evaluación de características complejas.

Hierarchical cluster llevado a cabo a partir de imágenes de Fluorescencia de chlorofila. Se muestran los parámetros más relevantes de la respuesta fotosintética en plantas tratadas con un herbicida glil) o no tratadas (ctrl)

¿Quieres saber más sobre la plataforma de fenotipado que tenemos en MAAVi?

En LINNA disponemos de una plataforma de fenotipado que ofrece mediciones automatizadas utilizando múltiples sensores. Este fenotipado integrador de alto rendimiento brinda la oportunidad de combinar varios métodos de análisis automatizados, simultáneos y no destructivos para las plantas. Esto brinda información sobre el crecimiento, la morfología y la fisiología de las plantas. El alto rendimiento nos permite el análisis de las plantas a gran escala, y aplicar estadísticas para descubrir diferencias sutiles pero significativas entre diferentes tratamientos o genotipos.

En la plataforma LINNA usamos imágenes obtenidas con sensores visibles rojo-verde-azul (RGB) para medir parámetros visuales; sensores hiperespectrales para obtener información sobre la estructura interna de la planta y su contenido en compuestos de interés (pigmentos, proteínas, carbohidratos, agua, nitrógeno, lignina, etc.); y sensores de fluorescencia de clorofilas para determinar la eficiencia fotosintética. Teniendo en cuenta que un fenotipo involucra una cascada de procesos que afectan la expresión de genes (transcriptoma), datos provenientes de la plataforma LINNA de transcriptómica, son integrados al proceso de fenotipado. Mediante la analítica de datos y el uso de algoritmos basados en Inteligencia Artificial, LINNA es capaz de recopilar diferentes datos clave para el desarrollo de las soluciones naturales que se desarrollan en MAAVi.

Esta integración de datos nos ayuda a predecir o identificar a los factores responsables de las diferencias en la fisiología y morfología del cultivo. Por ejemplo, nos ayuda a determinar el mecanismo de acción de un herbicida, qué cambios son los responsables de un aumento del rendimiento de un cultivo y en consecuencia cómo generar nuevos productos, etc.

Al mismo tiempo, el sistema minimiza los tiempos de investigación, aumenta el conocimiento acumulado y, lo más importante, reduce el error al hacer una transición más rápida y certera hacia moléculas y compuestos naturales para sustituir pesticidas por biopesticidas, conservantes artificiales por naturales, o a encontrar nuevas fuentes de proteína para la alimentación.

¿Quieres saber más sobre las imágenes que obtenemos con fenotipado en MAAVi?

Imágenes RGB.
Se utiliza para evaluar de manera rápida y precisa la tasa de crecimiento, el área foliar, área proyectada, verdor de las hojas; daño foliar, senescencia, entre otros. Es posible además, hacer modelos y análisis para generar curvas de crecimiento.

Imágenes de fluorescencia de clorofila.
Las imágenes basadas en la fluorescencia de la clorofila mediante fluorometría PAM y cámaras CCD de alta sensibilidad brindan información cuantitativa sobre el rendimiento cuántico de la conversión de energía fotosintética. Esta técnica también permite la separación de eventos fotoquímicos y no fotoquímicos que ocurren en las hojas. Además de obtener imágenes de fluorescencia de clorofila, este sensor proporciona 17 parámetros relevantes de fluorescencia de clorofila. De esta forma se pueden obtener imágenes de la actividad fotosintética y sus variaciones espacio-temporales. El parámetro de fluorescencia Ft se monitoriza continuamente. Fo y Fm se evalúan después de la adaptación a la oscuridad. A partir de estos parámetros, se extraen otros relacionados con la extinción de la fluorescencia mediante el método del pulso de saturación. Se obtienen imágenes de Fv / Fm ( máximo rendimiento cuántico de PS II después de la aclimatación a la oscuridad), Y(II) (rendimiento cuántico de PS II durante la iluminación), rendimientos cuánticos de disipación de energía regulada Y(NPQ) y no regulada Y(NO), de la velocidad aparente de transporte de electrones (ETR), quenching no fotoquímico (NPQ), y quenching fotoquímico (qP).

Imágenes Hiperespectrales
Disponemos de dos cámaras. Specim FX10 que funcionan en un modo de exploración de línea en el visible y área de infrarrojo cercano (VNIR) en la región de 400-1000 nm, y el color optimizadom en la región de 400-780 nm. Specim FX17 funciona en un modo de exploración de línea, y recopila datos hiperespectrales en el infrarrojo cercano Región NIR (900 a 1700 nm). Nuestro software de análisis nos permite cuantificar alrededor de 150 parámetros incluyendo NDVI, GDVI,NDLI, WI, NDWI, Crt, LSI.

La tecnología hiperespectral nos permite estudiar atributos bioquímicos en plantas tales como estimar el contenido de agua, cambios en la composición del pigmento,contenido de humedad, proteínas, carbohidratos, azúcares y varios otros. También detectar la gravedad del daño causado por insectos y bacterias.

Área de investigación

Formulación y sistemia

Combinamos ingredientes e ideas para crear fórmulas innovadoras a partir de moléculas y microorganismos que nos brinda la naturaleza.

Combinamos moléculas y mezclas complejas de cualquier identidad química, procedentes de diversas fuentes naturales; además diseñamos fórmulas con microorganismos benéficos tales como bacterias, hongos, microalgas y virus. En nuestra área se crean fórmulas exclusivas, estables, compatibles, persistentes y con eficacia mejorada para su aplicación en Agricultura, Ganadería, Industria Alimentaria, Acuicultura y Cosmética.

Combinamos moléculas y mezclas complejas de cualquier identidad química, procedentes de diversas fuentes naturales; además diseñamos fórmulas con microorganismos benéficos tales como bacterias, hongos, microalgas y virus. En nuestra área se crean fórmulas exclusivas, estables, compatibles, persistentes y con eficacia mejorada para su aplicación en Agricultura, Ganadería, Alimentación, Acuicultura y Cosmética.

La formulación de productos naturales se enfrenta al gran reto de combinar una enorme y compleja diversidad química con una marcada diferencia en sus propiedades físico-químicas. Es una fase crítica en el desarrollo y puede marcar el éxito o el fracaso de un producto.

Para el desarrollo de nuestras formulaciones, partimos de un conocimiento profundo de la química detrás de cada extracto, de cada mezcla sinérgica, de cada molécula individual, de cada microorganismo. Cada proyecto y cada producto requiere de su formulación exclusiva y conlleva un estudio detallado. Por lo tanto las formulaciones que pueden ser desarrolladas se basan en diversas tecnologías: procesos de secado (secado por atomización, liofilización), emulsiones, concentrados emulsionables, suspensiones concentradas, entre otras.

En el caso de las formulaciones microbiológicas el reto consiste en mantener las células viables en altas concentraciones además de conservar la capacidad de producción de moléculas de interés, ya que las células cuando no están formuladas adecuadamente pueden estar expuestas a condiciones hostiles durante la producción, distribución y almacenamiento de los productos.

Nuestra innovación en tecnología de formulación se focaliza en las siguientes áreas:

• Estudio de nuevos adyuvantes y/o co-formulantes multifuncionales de origen natural.
• Desarrollo de sistemas de encapsulación y/o protección de microorganismos y moléculas sensibles.
• Desarrollo de matrices de liberación controlada.
• Desarrollo de moléculas naturales que actúen como carriers selectivos de los ingredientes activos y que permitan: (1) Penetrabilidad, (2) Translaminaridad, (3) Traslocación y (4) Sistemia.

Al conocer las características deseadas de un producto, nuestras formulaciones están diseñadas a medida. Como muestra, podemos ofrecer diversas estrategias/soluciones como la capacidad de adherencia, evitar el arrastre por la lluvia, protección contra la luz UV, fagoestimulantes, entre otras.

Nuestro objetivo final es maximizar la eficacia y asegurar la estabilidad de las formulaciones. Entre nuestros protocolos realizamos:

• Ensayos estabilidad
• Ensayos de estabilidad acelerada (CIPAC MT 46.4). Tienen el objetivo de evaluar que se cumple con el tiempo de vida útil de las formulaciones bajo condiciones normales de almacenamiento.
• Ensayos de estabilidad a tiempo real (storage stability-shelf life). Se lleva a cabo en las condiciones de almacenamiento pre-establecidas, durante el tiempo de vida útil y en su envase primario.
• Ensayos de estabilidad a baja temperatura. Tienen el objetivo de evaluar cómo puede afectar al formulado su almacenamiento a bajas temperaturas.
• Ensayos de compatibilidad con el envase. Para evaluar que no hay interacción entre el formulado y su envase primario.
• Estudios de homogeneidad (5-batch análisis)
• Ensayos de compatibilidad química con otros productos
• Ensayos de evaluación del comportamiento físico-químico de los formulados (solubilidad, dispersión, suspensibilidad, humectabilidad, etc)
• Ensayos de residualidad del efecto.

Con todo esto garantizamos que los ingredientes (activos e inertes) y los productos cumplan las especificaciones técnicas y puedan ser registrados según segmento de mercado y legislación vigente.

Área de investigación

Química analítica

Buscamos moléculas, no extractos

Los extractos naturales están formados por una gran cantidad de moléculas que pueden variar significativamente su concentración y, por tanto, su actividad dependiendo de factores como la variedad de la planta, edad, época de recolección, clima, etc. En este área realizamos un seguimiento de las moléculas activas para poder asegurar una homogeneidad en la eficacia de nuestros productos.

Área de investigación

Toxicología

En MAAVi Innovation Center nos preocupa mucho la seguridad de los productos que desarrollamos. Aún en la naturaleza, la toxicidad es cuestión de dosis. Interesante, ¿no?

Por ello, el estudio de la toxicidad de los productos que diseñamos es un punto muy importante en el pipe line de desarrollo. Empleamos cultivos celulares que nos permiten conocer el nivel de toxicidad de las moléculas con las que trabajamos, así como las dosis a las que podrían empezar a ser tóxicas.

En MAAVi disponemos de un laboratorio dedicado a ensayos toxicológicos a nivel celular. Dichos ensayos se desarrollan con una línea celular hepática, exactamente HepG2, cultivada en placas multipocillo. La elección de esta línea celular se debe a que el hígado es el primer organismo en el que suele impactar la toxicidad de cualquier molécula ajena al organismo, ya que es el que posee una mayor capacidad de detoxificación. Los ensayos se desarrollan testando múltiples dosis crecientes del compuesto y cuantificando la citotoxicidad que generan los compuestos sobre las células que reciben cada dosis mediante la técnica XTT. Tras ello se aplican los algoritmos recomendados por la Interagency Coordinating Committee on the Validation of Alternative Methods (ICCVAM) Acute Toxicity Working Group (ATWG), que permiten generar una correlación entre la citotoxicidad IC50x y la toxicidad oral aguda LD50 de los componentes sin necesidad de experimentación animal.

Área de investigación

Escalado

Maavi Innovation Center es reconocido por sus plantas de escalado que permiten reproducir los procesos ensayados en laboratorio a un nivel industrial. Esta posibilidad de escalado real nos permite tomar decisiones mucho más seguras y certeras sobre la explotabilidad de un proceso y nos acerca aún más a las necesidades de la industria.

Disponemos de plantas piloto con depósitos de extracción de hasta 3000 litros, concentradores a vacío con capacidades de concentración de 300 litros hora de agua y 800 litros/hora de etanol, fermentadores de 100 litros y de 3000 litros, centrífugas con capacidad para 250 litros /hora, planta de membranas de hasta 100 litros/hora (dependiendo de tamaño de poro), depósitos de mezcla y formulación de 500 litros con sistemas de alta cizalla y emulsión.

Cualquier proceso necesita ser diseñado e implementado en el laboratorio, pero este desarrollo es totalmente inútil si después no es posible desarrollarlo a un nivel industrial. Ésta es la razón por la que en MAAVi damos tanta importancia a nuestras plantas piloto. Partiendo de los conocimientos obtenidos en el diseño de un proceso a nivel laboratorio, los podemos implementar a nivel industrial, ello nos va a dar informaciones críticas que permitirán tomar las decisiones de inversión para la industrialización de un proceso. Parámetros como son temperatura, viscosidad, propiedades calorimétricas, velocidad de cizallamiento, capacidad de intercambio de gases, o el diseño de las instalaciones que permitirán generar los productos desarrollados en el laboratorio teniendo en cuenta la geometría de los depósitos, las superficies de intercambio térmico, el par de los motores de agitación o el diseño de los agitadores nos permiten conocer si un proceso es técnicamente factible a escala industrial, tener una idea del volumen de inversión que puede suponer dicho proceso, cuánta energía va a consumir, qué volumen y tipo de residuos se van a generar, qué capacidad de automatización se podría implementar, conocer la mano de obra y sus características asociadas al proceso, qué servicios va a requerir (vapor, aire comprimido, gases, nivel de esterilidad, agua caliente, agua de chiller, agua de ósmosis, etc.), espacio necesario o huella para su implementación, huella de carbono que genera, etc. En resumen, toda la información y experiencia lo más cercana a la realidad que va a permitir conocer el ROI de un nuevo proceso, así como otros aspectos ambientales que en la actualidad impactan de manera muy importante.

Área de investigación

Pirólisis

La observación por parte del hombre de procesos que suceden en la naturaleza, como son los incendios, ha permitido descubrir procesos de generación de moléculas con importantes capacidades de alto valor en distintos sectores tales como moléculas con acción biopesticida, con acción bioestimulantes u otras funcionalidades. Estos procesos los podemos integrar bajo el concepto de pirólisis.

Nuestro proceso de pirólisis genera la degradación térmica de una matriz de origen natural en ausencia parcial de oxígeno, por lo que los componentes presentes se descomponen mediante calor, sin que se produzcan las reacciones de combustión. El proceso se desarrolla en un sistema diseñado por Kimitec, que como resultado final permite obtener dos tipos de productos, por un lado un residuo sólido que queda tras el proceso, denominado biochar y que presenta interesantes propiedades que ayudan en la mejora de suelos. Por otro lado se captan los componentes volátiles obtenidos en el proceso, y es en esta fracción donde se obtienen moléculas con potentes actividades a dosis muy bajas.

Se desarrolla a temperaturas relativamente bajas para los procesos tradicionales de pirólisis, por debajo de los 300ºC, ya que son las condiciones más parecidas a los incendios que se producen en la naturaleza. A estas temperaturas se producen mayoritariamente reacciones de despolimerización, oxidación, deshidratación y descarboxilación. Además, los principales componentes afectados son todos aquellos de bajo peso molecular y de los de alto peso molecular destacan la celulosa amorfa y las hemicelulosas. ¿Te interesa?

Área de investigación

Microbiología

Los microorganismos y toda su diversidad metabólica llevan entre 3.8 – 4.3 billones de años evolucionando y diversificándose para realizar funciones muy diferentes en todos los ecosistemas terrestres posibles.

En el área de microbiología, estudiamos el potencial genético y metabólico que tienen todos estos microorganismos para dirigirlos a que produzcan o realicen la actividad que nos interese.

Utilizamos hongos, bacterias o virus (por ejemplo, bacteriófagos) para obtener moléculas con actividad de bioestimulación vegetal o biocontrol y para otro sin fin de actividades, como aditivos alimentarios, antibióticos y células microbianas propiamente dichas. De este modo, los microorganismos que poseemos en MAAVI se podrían considerar especialistas metabólicos capaces de crecer en diferentes sustratos, sintetizar la molécula de interés con un alto rendimiento o de bioestimular la planta cuando son aplicados como probióticos.

Microorganismos, potentes productores de metabolitos (o moléculas) bioactivos. Descubrimos y explotamos al máximo las capacidades metabólicas de los microorganismos. Nuestro objetivo: producción de moléculas de interés.

Fermentaciones

El proceso de fermentación se utiliza para obtener células microbianas para productos probióticos o para la producción de determinadas moléculas de interés. En este caso, el proceso de fermentación hace referencia a cualquier proceso microbiano a gran escala, sea o no una fermentación en el sentido bioquímico. De hecho, muchas de las fermentaciones que hacemos en el Maavi son aérobicas. El tamaño de los fermentadores varia desde 1 a 5 litros a 3000 litros. Los principales microorganismos utilizados en nuestras fermentaciones son hongos, bacterias y bacteriófagos. Realizamos tanto fermentaciones líquidas, como fermentaciones sólidas utilizando como matriz diferentes materiales vegetales.

Para utilizar microorganismos en una fermentación industrial, el microorganismo tiene que tener varias características: 1) en primer lugar tiene que ser capaz de crecer relativamente rápido y sintetizar el producto en un cultivo ya sea líquido o sólido y 2) debe ser capaz de crecer en un medio de cultivo barato. En muchas de nuestras fermentaciones, en colaboración con la vertical de revalorización, utilizamos coproductos de desecho provenientes de otras industrias.

Nuestro trabajo en el área de fermentación

Trabajos en el área de fermentación.

En el área de fermentación microbiana, combinamos datos de genómica microbiana, culturomica y bioinformática para la realización de fermentaciones dirigidas a la obtención de metabolitos de interés.

Para la selección del microorganismo diana para la fermentación, se hace una búsqueda in silico en los más de 10.000 genomas bacterianos que tenemos en nuestra base de datos. Esta búsqueda es capaz de predecir el (los) microorganismo (s) con la mejor capacidad genética para la producción del metabolito de interés.

Una vez el microorganismo es seleccionado in silico, bien lo obtenemos de nuestra colección propia de más de XY cepas microbianas (que producen diferentes metabolitos con capacidad de biocontrol o bioestimulación) o bien lo obtenemos en los centros de investigación con los que tenemos colaboraciones regulares.

A partir de ese momento, se realizan microfermentaciones en bajos volúmenes para la optimización de la producción del metabolito de interés. Este sistema desarrollado en MAAVI nos permite realizar más de 1000 microfermentaciones a la semana.

Estas microfermentaciones son evaluadas en equipos de cromatrogafía para hacer seguimiento al metabolito y su concentración en las diferentes condiciones. Una vez las condiciones para la producción del metabolito están establecidas, se escalan a los biorreactores de mayor volumen. Poseemos 20 bioreactores de volumen entre 1 y 5 litros donde somos capaces de hacer más de 5000 fermentaciones al año.

Probióticos

La importancia de entender y mantener la homeostasis microbiológica de las plantas. ¿Es una planta, un animal o un holobionte? En la naturaleza las plantas nunca están solas, siempre viven en estrecha asociación con microorganismos, bacterias, hongos y virus (lo que se conoce como microbiota de la planta). Es por eso, que en MAAVI consideramos la planta como un holobionte, que es el conjunto formado por un organismo multicelular (la planta) y todos sus microorganismos asociados. Llevamos a los sistemas vegetales al equilibrio microbiológico del que se han desviado tanto como resultado de la agricultura intensiva.

Conoce más cómo trabajamos en esta área

Genómica e Inteligencia Artificial. Cómo lo entendemos en Maavi.

La genómica microbiana unida a la inteligencia artificial nos permite conocer todo el potencial metabólico de los microorganismos que tenemos en el MAAVI y también todo el potencial metabólico de los microorganismos cuyos genomas están en bases de datos de acceso libre. Esta herramienta es extremadamente útil en tres bloques principales de conocimiento:

1. A la hora de diseñar un producto probiótico o un consorcio microbiano con actividad biopesticida, ya que nos va a indicar aquellos microorganismos que tienen el potencial de la actividad deseada y que, además, van a establecer sinergias en un consorcio.
2. Para búsqueda de microorganismos que produzcan moléculas bioactivas
3. De igual manera, es muy útil a la hora de establecer fermentaciones de precisión en la que el medio de cultivo y condiciones de fermentación estén preestablecidas.

Muchos de los inoculantes microbianos producidos hoy en día tienen resultados muy inconsistentes, dependiendo de la planta y del ambiente funcionan. Esto se debe a que no siempre el inoculante microbiano es capaz de colonizar el medio y establecerse para hacer su función. La yuxtaposición de metagenómica e inteligencia artificial nos permite saber si el producto microbiano aplicado ha sido capaz de establecerse y cambiar la comunidad. Además, mediante el estudio de comunidades microbianas de cultivos más y menos productivos, podemos identificar taxones clave para la estructura y funcionamiento de la comunidad microbiana y por ende productividad de la planta. Esto nos ayuda a la hora de diseñar productos prebióticos que sean capaces de promover las poblaciones beneficiosas del cultivo.

Uso de metagenómica y ecología microbiana para el diseño de productos pre y probióticos cultivo y suelo-dirigidos.

Los microorganismos en la naturaleza nunca viven de manera aislada, conviven en poblaciones de células microbianas interaccionando entre ellas, con otros organismos y con su medio ambiente denominadas comunidades microbianas. Y como tal deben de entenderse y estudiarse. El suelo, además, es el ecosistema terrestre que presenta mayor biodiversidad. Una comunidad bacteriana edáfica normalmente contiene entre 107 y 109 células por gramo de suelo, en los que puede haber entre 20.000 y 40.00 especies bacterianas diferentes. Estas poblaciones microbianas juegan un papel clave en los ciclos biogeoquímicos del carbono y del nitrógeno, en el mantenimiento de los ecosistemas naturales y en la producción agrícola. Es por esto, que es de suma importancia el estudio de estas comunidades microbianas edáficas a la hora de diseñar un producto eficaz que actúe en la rizosfera (compartimento edáfico bajo la influencia de la raíz, en el cual tienen lugar numerosos procesos mediados por microorganismos). Por ejemplo, muchos de los productos dirigidos a la rizosfera y que contienen consorcios microbianos producidos hoy en día tienen resultados muy inconsistentes, dependiendo de la planta y del ambiente, del suelo, funcionan. Esto se debe a que no siempre el inoculante microbiano es capaz de colonizar el medio y establecerse para hacer su función.

El suelo, por su enorme diversidad, parece un ecosistema ideal a la hora de estudiar ecología microbiana; sin embargo, es también, probablemente el medio que más exigencias técnicas presenta a los microbiólogos. Esto se debe no sólo al tamaño de su comunidad microbiana y a la enorme diversidad de especies presente, sino también a la naturaleza multifásica del medio y al hecho de que solo el 99% de los microrganismos de estas comunidades microbianas se pueden aislar y crecer en medios de cultivos estándares. Es por esto, por lo que los métodos moleculares de estudio de comunidades microbianas son tan importantes. En la genómica medioambiental o metagenómica se extraen y secuencian todos los genes de la comunidad microbiana en cuestión.

Estudiando estos genes podemos extraer las funciones de la comunidad microbiana y también su composición filogenética. El desarrollo de técnicas de secuenciación masiva nos ha permitido acceder a toda la diversidad escondida de los suelos, permitiendo a su vez el estudio de cambios cuantificables en respuesta a fluctuaciones medioambientales tanto naturales como provocadas por la aplicación de un producto microbiológico. En MAAVi Innovation Center (junto a Biome-makers) de esta forma, hacemos estudios de ecología microbiana para poder desarrollar consorcios microbianos cultivo y suelo-dirigidos y además, analizamos, si el consorcio microbiano es capaz de colonizar el suelo una vez introducido y qué características físico-químicas o microbiológicas del suelo han sido determinantes para esta colonización.

El gen 16S

Marcador filogenético

Gran parte de la estimación de esa diversidad escondida se debe al análisis de la secuencia de la subunidad pequeña del gen ribosomal (16S ARNr) que permite obtener información acerca de los tipos de microorganismos presentes en un ambiente dado. El estudio de este gen ha revolucionado la forma de trabajar en ecología microbiana y ha sido uno de los núcleos centrales en los últimos 30 años. La secuencia de estos genes ribosomales nos permite inferir relaciones evolutivas debido a que:

• Son esenciales para la síntesis de proteínas, estando presente en todos los organismos, generalmente en varias copias.
• Contiene regiones variables y otras altamente conservadas, tanto en su estructura primaria como secundaria, lo que permite el diseño de cebadores universales y específicos.
• Parecen cambiar en su secuencia muy lentamente, porque son secuencias que se han mantenido muy uniformes a lo largo de la evolución, se pueden considerar relojes moleculares.

Estas propiedades permiten establecer las diferencias filogenéticas, gracias a las cuales podemos establecer orígenes comunes y esquemas evolutivos. Las construcciones de los árboles son conceptualmente simples. Pares de secuencias de 16S ARNr de organismos distintos se compararán, las diferencias se valoran y se toma como medida de la distancia evolutiva entre esos organismos.

*Tamames et al. BMC Microbiology 2010, 10:85. Environmental distribution of prokaryotic taxa

Fagos

Los virus bacterianos, llamados bacteriófagos (o fagos para abreviar, del griego phagein, que significa «comer»), son la forma de vida más abundante en la naturaleza y los enemigos naturales de las bacterias. Cien veces más pequeños que éstas, son los responsables de controlar a los microrganismos perjudiciales de forma natural: cada 48 horas reemplazan el 50% de la población bacteriana global y sólo el intestino humano contiene mil billones de fagos que también abundan en los alimentos, en la piel, en el intestino y en los cultivos.

Los bacteriófagos se encuentran de forma natural en el medio ambiente y son capaces de infectar y matar bacterias. Conoce cómo actúan.

El modo de acción más común de los fagos contra las bacterias es la bacteriolisis, que se produce al final del ciclo lítico del fago.

Para reproducirse, los fagos primero deben ingresar en la célula bacteriana huésped. Las células con pared celular, como la mayoría de las bacterias, se infectan de manera diferente a las células animales, que carecen de ella. De esta forma, los fagos se unen a receptores específicos en la superficie de la célula bacteriana y crean un agujero en la membrana bacteriana, a través del cual inyectan su material genético. Dentro de la bacteria infectada, el ADN del fago se autorreplica y luego se incorpora a partículas infecciosas bacterianas que se fabrican a partir de componentes químicos secuestrados al hospedador bacteriano. La producción y posterior liberación de partículas de fago permite la posterior infección fágica de bacterias adicionales en un patrón exponencial, mostrando un efecto letal más rápido que otras alternativas.

El uso de fagos como agentes de biocontrol bacteriano tiene diferentes ventajas, son específicos de una bacteria target, por lo que otras cepas parecidas a la cepa patógena no se ven afectadas y tienen tasas de mutación altas, por lo que se adaptan muy rápidamente a cualquier resistencia. En MAAVI producimos y formulamos fagos a gran escala para la lucha frente a diferentes enfermedades bacterianas, como por ejemplo la causada por el patógeno Erwinia amylovora.

Curiosidades: ¿Inventaron los virus el DNA? Te lo contamos.

En el área de simbiontes co-cultivamos in vitro y a gran escala microorganismos endófitos simbiontes de plantas junto a su organismo vegetal hospedador. Este sistema único mimetiza cómo los simbiontes interaccionan en la naturaleza y tiene un doble beneficio: i) por un lado nos permite producir a gran escala simbiontes que promueven el crecimiento vegetal; y ii) por otro nos permite estudiar las moléculas producidas en el diálogo molecular que se establecen entre estos dos organismos que interaccionan. Muchas de estas moléculas tienen diferentes efectos en la planta como bioestimulación, activación de defensas, etc., que son explotadas para tal uso en diferentes proyectos.

Curiosidad: ¿Cómo los hongos nos pueden ayudar a luchar contra el cambio climático? Te lo contamos

Área de investigación

La manera natural de acabar con las enfermedades

Tradicionalmente, las enfermedades de las plantas se han combatido mediante el uso masivo de productos biocidas con más que demostrados efectos adversos tanto para el medio ambiente, como para la salud de los seres humanos y muchos otros seres vivos, como los insectos, que han visto fuertemente mermada su población a nivel global por el abuso del empleo de estos productos tóxicos, y concretamente las abejas, fundamentales para llevar a cabo la polinización de miles de cultivos en todo el mundo.

En Kimitec tenemos un área encargada de identificar y evaluar los distintos candidatos obtenidos de la naturaleza frente a patógenos de las plantas como hongos o nematodos, con el fin de buscar soluciones naturales de igual eficacia que la química de síntesis, para combatir las enfermedades que estos causan en los cultivos a agricultores de todo el mundo.

¿Quieres saber más sobre fitopatología?

La fitopatología es la ciencia que estudia las enfermedades de las plantas. Comprende la investigación de los agentes infecciosos que pueden causarlas como hongos, virus, bacterias y nematodos, entre otros, así como de los factores abióticos, pero no de las plagas que las estudia la entomología.
En el departamento de fitopatología ponemos a punto y llevamos a cabo bioensayos con diferentes patógenos, principalmente hongos y nematodos para estudiarlos dentro de nuestra metodología Hit 2 Lead

Además realizamos diagnósticos para identificar las enfermedades que observamos en campo en nuestros ensayos, o que afectan a agricultores con los que colaboramos.

¿Quieres conocer más sobre bioensayos y diagnósticos?

Área de investigación

Biología Molecular

La biología molecular pretende explicar los procesos que tienen lugar en los seres vivos mediante el estudio de la estructura, función y composición de las moléculas biológicamente importantes. Estas moléculas son, fundamentalmente, los ácidos nucleicos (ADN y ARN), que contienen la información genética de un organismo, y las proteínas, las cuales cumplen funciones esenciales (estructurales, de transporte, de defensa…) para dicho organismo.

El estudio de estas moléculas ha avanzado notablemente desde el desarrollo de técnicas como la secuenciación masiva, la cual nos permite analizar en profundidad y a gran escala los ácidos nucleicos presentes en una célula, tejido, órgano u organismo completo.

El avance de la biología molecular ha permitido, también, desarrollar tecnologías disruptivas como la del ARN de interferencia, basada en el descubrimiento que llevó a Andrew Z. Fire y Craig y C. Mello a ganar el premio Nobel de Medicina y Fisiología en 2006.

¿Quieres saber más sobre secuenciación masiva?

La información genética de todos los seres vivos está almacenada en sus ácidos nucleicos, los cuales están formados por la unión de diferentes “piezas” denominadas nucleótidos (equivalentes a las letras de un abecedario). La secuenciación es la técnica que nos permite leer estas letras para entender la información genética de los organismos.

Por su parte, la secuenciación masiva o NGS por sus siglas en inglés “Nest Generation Sequencing”, engloba todos los métodos de secuenciación de ácidos nucleicos a gran escala y de manera paralelizada, suponiendo la técnica de estudio genético más avanzada en la actualidad.

¿Quieres saber más sobre las técnicas de secuenciación que llevamos a cabo en MAAVi?

Con la secuenciación masiva, podemos conocer algo tan fundamental de un organismo como es su genoma (el total del ADN que dicho organismo posee) o su transcriptoma (conjunto de todas las moléculas de ARN). Pero, además, mediante el metabarcoding podemos conocer con exactitud la distribución de bacterias y hongos presentes en una muestra ambiental y, mediante la metagenómica, reconstruir el genoma de estos microorganismos.

En MAAVi, obtenemos toda esta información molecular impulsada por el sistema NovaSeq 6000 de Illumina, el secuenciador más robusto, escalable y con mayor cobertura de secuenciación del mercado, permitiéndonos obtener unos resultados fiables y profundos para cada estudio y generando hasta 6 TB de información por secuenciación.

Para interpretar la enorme cantidad de datos, fruto de los estudios de secuenciación masiva, se requiere un gran desarrollo computacional. Para este propósito, la bioinformática se hace imprescindible.

ARN de interferencia natural

El ARN de interferencia (o ARNi) o silenciamiento génico post-transcripcional es una respuesta biológica conservada a moléculas de ARN de doble cadena (dsRNA por sus siglas en inglés double strand RNA) que regula la expresión de genes codificantes a proteínas. En la actualidad, el ARNi se utiliza como herramienta para dilucidar la función de cualquier gen, pero también ha avanzado con fuerza como tecnología emergente para el diseño de nuevos fármacos. En MAAVi colaboramos con Sylentis, empresa perteneciente al grupo PharmaMar y pionera en la creación de medicamentos novedosos basados en la tecnología del RNA de interferencia (RNAi), para llevar a cabo el desarrollo racional de nuevos productos fitosanitarios.

Conoce más sobre el ARN de interferencia natural

Los desencadenantes de la vía del ARNi incluyen ARN de doble cadena de origen viral, transcripciones aberrantes de secuencias repetitivas en el genoma como los transposones y los pre-microARN. Un modelo simplificado para la vía del ARNi consta de dos fases: la primera, donde el ARN de doble cadena desencadenante se procesa en un ARN interferente de doble cadena corto (siRNA por sus siglas en inglés small interfering RNA) por las enzimas RNasa II Dicer. En la segunda fase, los siRNAs generados se cargan en un complejo molecular denominado RISC (por sus siglas en inglés RNA-induced silencing complex) y se genera un ARN de cadena sencilla que se hibrida con el ARN mensajero diana que provoca el silenciamiento génico. Este silenciamiento génico es el resultado de la degradación nucleotídica del ARN mensajero por la enzima RNasa H Argonauta.

Este mecanismo natural puede desencadenarse experimentalmente mediante la introducción exógena de RNAs largos de cadena doble (dsRNAs) o siRNAs, usualmente de entre 20 y 24 nucleótidos, con el objetivo de hacer estudios de genómica funcional, pero también de desarrollar terapias para el tratamiento farmacológico de infecciones víricas e incluso muchos tipos de cáncer. En MAAVi utilizamos esta tecnología para el desarrollo de biopesticidas y bioherbicidas.

Área de investigación

Bioinformática

La bioinformática se centra en la investigación y desarrollo de herramientas estadísticas e informáticas para el análisis y uso de datos biológicos. Estas herramientas hacen uso de recursos computacionales para solucionar problemas biológicos que sobrepasan el entendimiento humano como es la extracción de información desde datos biológicos producidos a gran escala por la secuenciación masiva. Así, por ejemplo, la bioinformática resulta especialmente útil para comparar secuencias de ADN, ARN y proteínas dentro de un organismo, pero también entre organismos, permitiendo estudiar las relaciones evolutivas entre ellos e intentando asignar función a dichos genes y proteínas. Podría decirse que, de la misma manera que la lingüística estudia los patrones en el lenguaje, la bioinformática se encarga de la lingüística de la biología molecular, estudiando patrones en las secuencias de ADN, ARN y proteínas.

Área de investigación

Inteligencia artificial

El objetivo de la Inteligencia Artificial es crear máquinas inteligentes, en especial programas informáticos, con capacidad para ejecutar tareas complejas comparables a las que realiza el ser humano, como el razonamiento lógico o el aprendizaje. Es tal la capacidad de la Inteligencia Artificial que, actualmente, es capaz de jugar al ajedrez, expresar ideas en forma de dibujos, conducir un coche autónomo o escribir un relato.
La Inteligencia Artificial es capaz de descubrir patrones ocultos para el ser humano con una gran precisión, gracias a la realización de tareas frecuentes en las que se analiza un alto volumen de datos de manera fiable y sin fatiga.

Dentro de la Inteligencia Artificial, en MAAVi usamos tanto machine learning como deep learning

Tanto el machine learning como el deep learning son subcampos de la Inteligencia Artificial que se diferencian entre sí en la manera en que realizan el aprendizaje automático. De esta manera, el machine learning permite a la máquina aprender de manera autónoma mediante la proporción de un conjunto de reglas a un algoritmo para que éste las aplique cuando se encuentre con los datos oportunos. Así, es capaz de adaptar dichas reglas y crear otras nuevas para mejorar su tasa de acierto.

El deep learning, por su parte, se diferencia del machine learning por la presencia de un aprendizaje automático más complejo y detallado. En el núcleo de los algoritmos de deep learning se encuentran las redes neuronales artificiales o redes neuronales simuladas, que imitan el funcionamiento del cerebro humano.

En MAAVi hacemos uso tanto machine learning como deep learning, integrando modelos de regresión, de árboles, de reducción dimensinal y clustering no supervisado para tareas como la exploración del espacio químico de un candidato o la caracterización de la respuesta transcriptómica de un organismo ante la aplicación de dicho candidato. Estos modelos de machine learning son, además, combinados con redes neuronales de grafo y encoders-decoders.

Área de investigación

Fitotrones

En nuestra plataforma LINNA disponemos de 6 cámaras de cultivo o fitotrones donde las plantas son crecidas bajo condiciones controladas. Se utilizan tanto para plantas procedentes de cultivo in vitro como de semilla. En estas cámaras de cultivo, utilizamos las condiciones óptimas para cada cultivo diana en estudio. Además, podemos imitar condiciones climatológicas variables o extremas características de diferentes zonas del planeta para ensayar su efecto sobre el crecimiento y desarrollo de diferentes cultivos. Por ejemplo, estrés térmico, estrés hídrico, baja luz, etc. Todo ello, dependerá de la naturaleza del ensayo, siendo nuestras principales investigaciones en el desarrollo de productos Bioestimulantes, Bioherbicidas y Biopesticidas.

¿Quieres saber sobre nuestras cámaras de condiciones controladas?

Para el crecimiento controlado, diferentes parámetros son configurados, monitorizados y registrados a tiempo real y a dato histórico. Podemos cambiar la duración del fotoperiodo, la humedad, la concentración de CO2 y la temperatura. Cada fitotrón tiene una dimensión de 24 m2 y una capacidad total para más de 2000 plantas. Son totalmente modulables y podemos ajustar la altura entre baldas para ensayar diferentes tipos de formato de herbáceas hasta plantas de mayor altura.

¿Quieres conocer qué condiciones podemos simular en nuestros fitotrones?

El rango de Temperatura es desde los 5ºC hasta más de 40ºC. El rango de humedad desde el 10% al 95%. Los niveles de CO2 puede mantenerse entre 100 ppm y 3000 ppm.

Área de investigación

Áreas de ensayo

En el pulmón del MAAVi Innovation Center se ensayan nuestras soluciones
Una de las claves de nuestro proceso de investigación es el estudio del comportamiento de nuestras soluciones en condiciones de invernadero de ensayos. MAAVI tiene un pulmón verde, pasa a conocerlo.

En MAAVI realizamos ensayos “in planta” en Boxes y Fitotrones donde controlamos las condiciones de cultivo. Esto no solo nos permite conocer cómo van a funcionar nuestras soluciones en las mismas condiciones climáticas que se van a encontrar en la realidad, sino también, el poder montar ensayos durante todas las épocas del año.

• Germinamos y cultivamos plantas sanas en 2 áreas de semillero y en una cámara de planta sana.
• Disponemos de 30 boxes para ensayos de biopesticidas, probióticos y bioestimulantes, así como 5 para ensayos de enfermedades.
• 12 cámaras de cultivo o fitotrones.

Entre todas las instalaciones alcanzamos una capacidad total de más de 20.000 plantas. ¿Quieres conocer cómo las repartimos? ¡Sigue leyendo!

Cámara de planta sana

Esta unidad consta de 86 m2 con capacidad de regulación de temperatura, humedad y fotoperiodo que permite el crecimiento de plantas durante todo el año. La iluminación de las plantas se consigue mediante luces LED que trabajan en las longitudes de onda de rojos y azules claves para la realización de la fotosíntesis y el crecimiento óptimo de la planta. Estas instalaciones nos permiten obtener alta producción de plantas sanas de calidad y libre de patógenos y bacterias. La cámara dispone de 60 estanterías distribuidas a cuatro niveles de altura que permite una capacidad superior a 3000 plantas y una rotación quincenal superior a 1200 plantas.

Desde esta unidad se distribuyen plantas a los departamentos de Plagas, Fitopatología y Semicampo donde se realizan las pruebas de validación de los formulados, así como al departamento de Entomología donde serán usadas como alimento de los insectos. Esta cámara abastece a las unidades de los principales cultivos hortícolas tales como la judía, el tomate, pimiento, la berenjena, pepino y calabacín. Pero además crecemos plantas de interés agronómico de otras regiones como son el tabaco, algodón, la soja o el girasol.

Área de semicampo

Para responder a la alta demanda de ensayos y poder así responder a los retos actuales de la agricultura, el Maavi dispone de más de 3100 m2 de instalaciones repartidas en distintas unidades:

• Semilleros para la siembra y crecimiento de plantas sanas y de calidad durante todo el año
• Invernadero para ensayos de bioestimulantes y probióticos.
• 35 boxes de 20-25 m2 destinados a estudios de biopesticidas y el análisis de eficacias de formulados frente a distintas plagas de interés agronómico. Todos de características especiales que permiten trabajar en condiciones aisladas de posibles contaminaciones externas o laterales.

Disponemos de instalaciones de última generación con todos los avances tecnológicos que nos permite sacar el máximo beneficio de nuestra investigación. Así, los invernaderos están dotados de mallas de sombreo que nos permite reducir la temperatura en el interior, sistemas de paneles de refrigeración evaporativos que nos permite regular la temperatura y la humedad de los compartimentos, invernaderos con ventilación lateral y cenital, riego por nebulizadores o mesas inundable, así como mallas anti insectos con control avanzado de trips e insectos de tamaño similar.

Fitotrones

En nuestras instalaciones disponemos de 12 cámaras de cultivo o fitotrones donde las plantas son crecidas bajo condiciones controladas. Se utilizan tanto para plantas procedentes de cultivo in vitro como de semilla. En estas cámaras de cultivo, utilizamos las condiciones óptimas para cada cultivo diana en estudio. Además, podemos imitar condiciones climatológicas variables o extremas características de diferentes zonas del planeta para ensayar su efecto sobre el crecimiento y desarrollo de diferentes cultivos. Por ejemplo, estrés térmico, estrés hídrico, baja luz, etc. Todo ello, dependerá de la naturaleza del ensayo, siendo nuestras principales investigaciones en el desarrollo de productos Bioestimulantes, Bioherbicidas y Biopesticidas.

Para el crecimiento controlado, diferentes parámetros son configurados, monitorizados y registrados a tiempo real y a dato histórico. Podemos cambiar la duración del fotoperiodo, la humedad, la concentración de CO2 y la temperatura.

Seis de ellos están en nuestra área de IA o LINNA, cada uno con una dimensión de 24 m2 y una capacidad total para más de 2000 plantas. Son totalmente modulables y podemos ajustar la altura entre baldas para ensayar diferentes tipos de formato de herbáceas hasta plantas de mayor altura. El rango de Temperatura es desde los 5ºC hasta más de 40ºC. El rango de humedad desde el 10% al 95%. Los niveles de CO2 puede mantenerse entre 100 ppm y 3000 ppm.

Otros seis están repartidos por áreas de trabajo:

• Un fitotrón visitable de última generación con control preciso de radiación, temperatura, humedad relativa y CO2 que permite el crecimiento tanto de planta pequeña con planta de alto porte.
• Una cámara visitable preparada para trabajar con altas radiaciones y alta cantidad de planta que nos permite trabajar en múltiples condiciones con fines específicos.
• Tres fitotrones PLH-LED con tubos Leds específicos para el cultivo de plantas, de espectro AR12
• Un fitotrón PLH-LED con leds rojos y azul. T

Todas estás cámaras están controladas por un software que nos permite monitorizar gran cantidad de parámetros necesarios para los ensayos de investigación.

Capacidad total en estos seis equipos = 1.000 plantas

Área de investigación

Hidrólisis

En Kimitec la tecnología de las hidrólisis se ha convertido una de las fuentes más importantes de bioestimulantes para los cultivos

El proceso de hidrólisis consiste en la ruptura de grandes moléculas en los pequeños fragmentos que los conforman, y que permite que sean metabolizados por otros organismos. En el sector agrícola tiene especial aplicación la hidrólisis de las proteínas para obtener aminoácidos libres o pequeñas cadenas de éstos, denominadas oligopéptidos, que presentan potentes actividades bioestimulantes.

Es posible diferenciar tres tipos de hidrólisis, la química, en la que se emplean ácidos fuertes que desestructuran y rompen de un modo agresivo las proteínas, generando además moléculas que no es posible encontrar en la naturaleza, y que además presentan importantes concentraciones de sales al añadir álcalis fuertes que contrarresten los ácidos empleados. Los productos obtenidos por esta vía no están autorizados en la agricultura orgánica.

Existen dos opciones para desarrollar hidrólisis de un modo respetuoso y basadas en la naturaleza, son las basadas en ataques enzimáticos dirigidos y las que se apoyan en fermentaciones microbianas.
La hidrólisis enzimática rinde mezclas de aminoácidos y oligopéptidos, comúnmente llamados hidrolizados de proteína, con múltiples aplicaciones a nivel agrícola, acuícola, ganadero, de industria alimentaria y cosmética. Su composición va a depender en especial del origen de la proteína y de la enzima o coctel de enzimas que se emplee.

La hidrólisis microbiana genera productos más complejos, ya que los microorganismos poseen un complejo arsenal de enzimas que son capaces de hidrolizar muchos más componentes de la matriz natural y además segregan nuevas moléculas sintetizadas en su interior

Los procesos enzimáticos son una reacción química catalizada por una enzima que utiliza el agua para romper una molécula en dos o más fracciones. Cuando se aplica a un medio que contiene proteínas, éstas se descomponen en cadenas de aminoácidos más pequeñas, las proteínas hidrolizadas. Como las enzimas tienen especificidad y selectividad, es posible controlar las condiciones del proceso de acuerdo con el tipo de hidrolizado deseado. Las condiciones del proceso (temperatura, pH,) y la identificación del binomio enzima / sustrato, así como su proporción correcta son fundamentales para obtener el tamaño de las cadenas peptídicas formadas y asegurar la calidad y la homogeneidad del producto final obtenido. En un proceso de hidrólisis enzimática, es importante conocer todos los factores de reacción para lograr una buena velocidad de reacción y aprovechar al máximo la eficiencia enzimática.

Una de las mayores ventajas de los procesos hidrolíticos no químicos radica en la baja presencia de aminoácidos en la forma racémica D que no es asimilable por los vegetales, sin embargo, esta forma es mucho más abundante en procesos químicos.

El proceso de hidrólisis microbiana o mediante fermentación es un proceso más lento y costoso, pero genera un producto de mayor calidad, ya que la presencia de aminoácidos en forma L es la más alta de las tres opciones y durante el proceso de crecimiento microbiano además de las reacciones de hidrólisis se generan procesos de biosíntesis que dan lugar moléculas con mayor actividad bioestimulante como son las poliaminas. Los procesos de fermentación microbiana se suelen desarrollar con microorganismos del género Bacillus o Aspergillus, que presentan un amplio catálogo de enzimas capaces de degradar un altísimo número de moléculas vegetales a la vez que de sintetizar moléculas con especial actividad bioestimulante.