bt marina

BIOFOULING

…O cómo las redes sociales también están en la naturaleza

Borde costero Chile: > 8000 km Borde costero Antofagasta: 472 km

BIOFOULING

Zobell y Allen,1935. Wahl, 1989

Antes Después

Superficie

Abarzua y Jakubowski. 1995. Cole.1982.

Macroalgas Invertebrados

1-10min 1-24 h 1-7 d 7 d-1 año años

Diatomeas Bacterias

Señales de asentamiento. Factores Fisicoquímicos

Sustancias poliméricas extracelulares (EPS)

Microalga (diatomea)

Bacteria

Sustancias poliméricas extracelulares (EPS)

Microalga (diatomeas)

Bacteria

Si no hay interacción bacteria-microalga, no es posible el asentamiento de otras especies.

DOM: materia orgánica disuelta; DOP: Fósforo orgánico disuleto Adaptado de Amin et al, 2012

Antibióticos

Fibrillas

Parasítica Competitiva Simbiótica

Núcleo

Mito

con

dria

NH4 NH4

N2

B12

DOM

Plastidio

Proteasas

Ficósfera DOP PO4

PSI PSII

PQ NADPH

Ciclo de Calvin

O2

DOM

Vibrioferrina (VF)

VF-Fe (III) Fe (II) Fe (III)

Luz

Diatomea

fosfatasas

CO2

O2

Glicolato

EPS

Relación Bacteria-Diatomeas

Cultivos de Thalassiosira weissflogii fotosintéticamente activos incubados con cepas bacterianas marinas (Tomado de Gärdes y cols., 2010).

Variación de la estructura celular algal, después de agregar medio Zobell 2216E a cultivos de A. tamarense. (a) 4 h; (b-e) 4-12 h. Las flechas en la imagen indican vesículas en la pared celular.; (f) Microscopía de epifluorescencia con DAPI. Las flechas indican las bacterias presentes en la ficósfera de A. tamarense. (Tomado de Wang y cols., 2010).

Alteromonas, Glaciecola, Pseudolateromonas Neptunomonas Marinobacter Cellvibrio Pseudomonas

g -

pro

teo

bac

teri

a

Limnobacter b

-p

rot

Mesorhizobium Hyphomonas Ruegeria Roseobacter, Sulfitobacter, Paracoccus Rhodovulum Erythrobacter Sphingomonas

a-

pro

teo

bac

teri

a Winogradskyella Flavobacterium, Croceibacter Aequorivita, Lacinutrix Marinobacter Cytophaga, Richenbachia, Gelidibacter B

acte

rio

de

te

Adaptado de Amin et al, 2012

• Control Biológico • Nuevos Materiales • Métodos Eléctricos • Técnicas de cultivo y manejo de moluscos.

• Productos Antifouling Naturales

ESTRATEGIAS ANTIFOULING

PINTURAS

CuO2

COMPUESTOS BIOACTIVOS

Pseudoalteromonas sp.

Alteromonas sp.

DISEÑO DE SUPERFICIES

Shark skin

Proceso de utilización de los organismos vivos como la inspiración para nuevos materiales funcionales.

Métodos Físicos: Ayudan a crear una superficie mecánica que detiene el biofouling.

Proteínas adhesivas de mitílidos (mussel adhesive proteins, MAPs) :

Ala-Lys-Pro-Ser-Tyr-trans-2,3-cis-3,4-dihydroxyproline (DHP)

-Hyp-Thr-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) -Lys.

DHP y DOPA: contribuyen a la naturaleza adhesiva de MAPs.

Polímeros de DOPA + PEG

Polímeros peptidomiméticos (PMP1) utilizan glicina N-sustituída en vez de PEG. Es estructuralmente similar al etilen glicol y es hidrofílica.

Piel de tiburón (Shark skin): posee una superficie rugosa que proporciona una baja humectabilidad, lo que limita el biofouling.

“BIOMIMETISMO”

https://sharklet.com/technology/

ERI = r * n /( 1 – phi) R: relación de rugosidad de Wenzel N: número de diferencias en la superficie en el diseño Φ: fracción del área que corresponde a la parte superior de cada superficie Superficies completamente lisas tienen un índice ERI = =

Ln asentamiento (esporas/mm2) = -7.47 x10-2* ERI + 6.28 Cantidad de microfouling por mm2

Métodos Químicos: se basan en la síntesis de moléculas producidas naturalmente: BIOCIDAS

Difunden hacia el entorno inmediato, desviando el fouling.

Bajo impacto ambiental, efectividad variada.

Esponjas, algas, corales, bacterias…

Toxinas, anestésicos, moléculas moduladoras de crecimiento/adherencia/metamorfosis.

Microalgas marinas: producen 3600 metabolitos secundarios con roles ecológicos complejos: defensa, antifouling, biocidas.

Biocidas: terpenos y no terpenos.

Taninos (no terpenos) se asocian con Cobre o Zinc.

Plata: reacciona con grupos tiol de enzimas, inactivándolas.

Inhiben enzimas oxidativas como deshidrogenasa alcohólica.

Previenen replicación del DNA por dimerización de pirimidinas.

Cobre en exceso:

Produce estrés oxidativo y generación de H2O2.

Altera la integridad de la membrana

Se une a proteínas , alterando su función y/o degradándolas.

Organosilanos: crean una nanocubierta que rompe la membrana externa de microorganismos que se adhieren a la superficie.

Antimicrobianos

Pentóxido de vanadio actúa como catalizador de la formación de ácido hipobromoso a partir de iones bromuro (en el mar) y pequeñas cantidades de H2O2 que se forman por exposición a la luz solar.

Alteromonas sp/Nitzschia sp P. tunicata/Nitzschia sp

Antecedentes

Ayala C, Clarke M, Riquelme C.E. 2006. Zapata M., Silva-Aciares F., Luza Y., Wilkens M., Riquelme C.E.

Leyton Y.Riquelme C.E. 2008.

BACTERIA OBJETIVO COMPUESTO

INHIBITORIO REFERENCIA

Pseudoalteromonas

tunicata Asentamiento de Ulva lactuca Proteína 3-10 kDa Egan y cols, 2001; 2002

Alteromonas sp

Adherencia de Nitzschia ovalis arnott,

Cylindrotheca closterium, Navicula sp,

Amphora sp, Nitzschia sp.

Péptido ND Silva-Aciares y cols,

2008

Pseudoalteromonas citrea,

P. elyakovii, P. haloplanktis Asentamiento de Ulva sp. ND Patel y cols, 2004

Pseudoalteromonas sp. Crecimiento de Chatonella sp, Gymnodium

sp, Heterosigma sp. ND Lovejoy y cols, 1998

Vibrio sp.,

Pseudoalteromonas sp. Crecimiento de Nitzschia paleacea ND

Dobretsov & Quian,

2004

Pseudoalteromonas sp. Adherencia de Amphora

coffeaeformis y Navicula sp Lectina ND

Wigglesworth-

Cooksey &

Cooksey, 2005

Aislados desde Ulva lactuca Cylindrotheca fusiformis ND Kumar y cols, 2010

0

20

40

60

80

100

120N

itzs

chia

sp

Am

ph

ora

sp

.

C cl

ost

eriu

m

N o

valis

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ott

Nav

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dh

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nci

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CONTROL

Pt

Hm

Ni1-LEM

Nc1-LEM

Efecto de biopelículas de P. tunicata (Pt), H. marina (Hm), Alteromonas sp (Ni1-LEM) y Halomonas sp (Nc1-LEM) sobre el asentamiento de diatomeas y el crecimiento y germinación de Ulva lactuca.

Adaptado de Silva-Aciares F, Riquelme C.E. 2008.

A= Sin Inhibición (70-100% adherencia) B= Levemente inhibitorio (70-20% adherencia) C= Fuertemente inhibitorio (0-20% adherencia).

ACTIVIDAD SOBRE

BIOPELÍCULA

FRACCIÓN BIOACTIVA

ACTIVIDAD SOBRE

BACTERIAS EPÍFITAS

EFECTO DE PÉPTIDOS

BIOACTIVOS

Caracterizar las fracciones del cultivo de la bacteria Alteromonas sp. que inhiben la adherencia y la formación de biopelículas de Nitzschia ovalis arnott.

Curva de crecimiento de N.ovalis arnott

* Bacterias indicadas con flechas rojas; N. ovalis arnott indicada con flechas blancas

Tratamiento con sobrenadante Ni1-LEM

* Bacterias indicadas con flechas rojas; N. ovalis arnott indicada con flechas blancas

Microbiota asociada a N. ovalis arnott

Nitzschia ovalis arnott (NC) extraídos desde un filtro de nitrocelulosa de 3 µm. (1) NC-inóculo inicial; (2) NC-48 horas; (3) NC + SN10X – 48

horas; (4) NC + M9 – 48 horas; (5) NC-96 horas; (6) NC + SN10X – 96 horas; (7) NC + M9 – 96 horas; (8) NC-144 horas; (9) NC + SN10X–

144 horas; (10) NC + M9 – 144 horas; (11) NC-192 horas; (12) NC + SN10X – 192 horas; (13) NC + M9 – 192 horas.

Nitzschia sp.

Sulfitobacter sp

Sulfitobacter pontiacus


Muricauda sp

Roseobacter sp.

Roseobacter sp.

Loktanella maricola

Porphyrobacter doknensis Oceanicola granulosus

Aquamicrobium defluvii


Nitzschia sp. Nitzschia sp.

Loktanella vestfoldensis

Abundancia relativa comunidad epífita

Bacterias de vida libre asociadas a cultivos de N. ovalis arnott

Figura. DGGE de ADN de bacterias de vida libre asociadas al cultivo de Nitzschia ovalis arnott (NC) extraídos desde un filtro de nitrocelulosa de 0,2

µm. (1) NC-inóculo inicial; (2) NC-48 horas; (3) NC + SN10X – 48 horas; (4) NC + M9 – 48 horas; (5) NC-96 horas; (6) NC + SN10X – 96 horas; (7)

NC + M9 – 96 horas; (8) NC-144 horas; (9) NC + SN10X – 144 horas; (10) NC + M9 – 144 horas; (11) NC-192 horas; (12) NC + SN10X – 192 horas;

(13) NC + M9 – 192 horas.

Nitzschia sp.

Nitzschia sp. Sulfitobacter pontiacus

Roseobacter sp.

Porphyrobacter doknensis

Erythrobacter litoralis

Erythrobacter litoralis

Aquamicrobium defluvii


Thalassobacter

stenotrophicus

Nitzschia sp.

Roseobacter sp.

Abundancia relativa bacterias de vida libre

Identificación de la

microbiota asociada

a N.ovalis arnott

Flavobacteraceae

Erythrobacteraceae

Rhodobacteraceae

ALCIAN BLUE

A B C D E

25 ug/mL

100 ug/mL

50 ug/mL

control

control

25 ug/mL 50 ug/mL

100 ug/mL

control 50 ug/mL

bt marina

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