Guía docente de Biotransformación de Moléculas de Difícil Degradación (M38/56/1/6)

• Compuestos recalcitrantes.
• Introducción a los hongos degradadores. Aplicaciones de los hongos degradadores y sus enzimas en la degradación de moléculas recalcitrantes para preservar el medioambiente.
• Introducción a la cromatografía líquida. Definición de HPLC y utilidad.
• Introducción a la espectrometría de masas. Utilidad de un cuádruplo simple como detector.
• Introducción a LC-MS. Formas de ionización y funcionamiento.
• Desarrollo de un proceso de degradación de moléculas recalcitrantes por hongos.
• Preparación de muestras para su inyección y análisis en LC-MS.
• Interpretación de resultados obtenidos por LC-MS.
• Cuantificación de los productos de partida no metabolizados.
• Identificación por espectrometría de masas de los productos de metabolización.

El alumno sabrá/comprenderá:

1. Adquirir una visión general de la importancia de la lignina como molécula natural de extraordinaria estabilidad y explicar la relación estructura química/estabilidad/enzimas/ microorganismos.
2. Describir la degradación de los materiales lignocelulósicos y productos obtenidos de ellos.
3. Componer una visión general de los organismos ligninolíticos.
4. Describir la enzimología de la degradación de la lignina.
5. Aplicar los conocimientos sobre los microorganismos ligninolíticos y sus enzimas a procesos industriales y de conservación del medio ambiente.
6. Examinar el uso de técnicas para evaluar la biodegradación de tóxicos ambientales.
7. Evaluar la presencia de compuestos orgánicos mediante técnicas de LC-MS.

El alumno será capaz de:

El tipo de experimentación de este curso pretende que los alumnos adquieran conocimientos prácticos y destrezas en:

1. Cultivo de hongos filamentosos.
2. Enzimología de la ligninolisis: Actividad, producción, purificación.
3. Biodegradación de tóxicos por cultivos de hongos ligninolíticos.
4. Caracterización molecular de la pérdida de toxicidad.
5. Aplicación de LC-MS en la evaluación de la biodegradación de moléculas recalcitrantes.

1. Introducción.

• El fotosintato vegetal más recalcitrante: Lignina.
• Microorganismos ligninolíticos.

2. Los sistemas ligninolíticos: enzimas y cofactores para la oxidación de moléculas recalcitrantes.

• Tipos de enzimas implicados.

3. Aplicaciones de los hongos ligninolíticos y sus enzimas para el mejor desarrollo sostenible.

• Incidencia en la industria papelera. Incidencia en alimentación Incidencia en derrames de crudo de petróleo. Otras aplicaciones.

4. Introducción a la cromatografía líquida. Definición de HPLC y utilidad.
5. Introducción a la espectrometría de masas. Utilidad de un cuádruplo simple como detector. Formas de ionización y funcionamiento. Introducción a LC-MS.

Desarrollo de un proceso de degradación de xenobióticos recalcitrantes por hongos ligninolíticos.

1. Cultivo de hongos ligninolíticos.
2. Demostración de la participación del sistema ligninolítico.
3. Modificaciones moleculares asociadas a la degradación del xenobiótico:

• Preparación de muestras para su inyección y análisis en LC-MS.
• Interpretación de resultados obtenidos por LC-MS.
• Cuantificación de los productos de partida no metabolizados.
• Identificación por espectrometría de masas de los productos de metabolización.

• Baldrian, P. 2006. Fungal laccases occurrence and properties. FEMS Microbiology Review 30: 215–242.
• Claus, H. 2004 Laccases: structure, reactions, distribution. Micron 35: 93-96.
• Colpa, D.I., Fraaije, M.W., Van Bloois, E. 2014. DyP-type peroxidases: A promising and versatile class of enzymes. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 41(1), 1-7.
• Dua, M., Singh, A., Sethunathan, N., y Johri, A.K. 2002. Biotechnology and bioremediation: successes and limitations. Applied Microbiology and Biotechnology. 59:143–152.
• Hansen, S.; Pedersen-Bjergaard, S.; Rasmussen, K. 2012. Introduction to Pharmaceutical Chemical Analysis; John Wiley & Sons: Chichester, West Sussex.
• Hofrichter, M., Ullrich, R. 2014: Oxidations catalyzed by fungal peroxygenases. Current Opinion in Chemical Biology 19:116-125.
• Janusz, G., Kucharzyk, K.H., Pawlik, A., Staszczak, M., Paszczynski, A.J., 2013. Fungal laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase: Gene expression and regulation. Enzyme Microbiology andTechnology. 52, 1–12.
• Majeau,J-A., Brar,S.K., y Tyagi, R. D. 2010. Laccases for removal of recalcitrant and emerging pollutants. Bioresource Technology 101: 2331–2350.
• Martínez, A.T. 2002. Molecular biology and structure-function of lignin-degrading heme peroxidases. Enzyme and Microbial Technology 30: 425–444.
• Reddy, C. y Z. Mathew, Z. 2001. Bioremediation potential of white rot fungi. In. Gadd, G. (Eds.) Fungi in bioremediation. Cambridge University Press. Cambridge, U.K.
• Rivera-Hoyos, C.M., Morales-Álvarez, E.D., Poutou-Piñales, R.A., Pedroza-Rodríguez, A.M., Rodríguez-Vázquez, R., Delgado-Boada, J.M. 2013. Fungal laccases. Fungal Biology Reviews, 27(3-4), 67-82.
• Robert, V., Mekmouche, Y., Pailley, P. R., Tron, T. 2010. Engineering laccases: In search for novel catalysts Current Genomics 12: 123-129.
• Stolz, A. 2001. Basic and applied aspects in the microbial degradation of azo dyes. Applied Microbiology and Biotechnology 56:69–80. 
• Yang, S., Hai, F.I., Nghiem, L.D., Price, W.E., Roddick, F., Moreira, M.T., Magram, S.F. 2013. Understanding the factors controlling the removal of trace organic contaminants by white-rot fungi and their lignin modifying enzymes: A critical review. Bioresource Technology, 141, 97-108.

• Aranda, E., Kinne, M., Kluge, M., Ullrich, R., Hofrichter, M. 2009. Conversion of dibenzothiophene by the mushrooms Agrocybe aegerita and Coprinellus radians and their extracellular peroxygenases. Applied Microbiology and Biotechnology, 82(6), 1057-1066.
• Camacho-Morales RL, García-Fontana C, Fernández-Irigoyen J, Santamaría E, González-López J, Manzanera M, Aranda E. Anthracene drives sub-cellular proteome-wide alterations in the degradative system of Penicillium oxalicum. Ecotox. Environ. Safe 2018, 159: 127-135.
• Gómez-Toribio, V., García-Martín, A.B., Martínez, M.J., Martínez, Á.T., Guillén, F. 2009. Induction of extracellular hydroxyl radical production by white-rot fungi through quinone redox cycling. Applied and Environmental Microbiology, 75(12), 3944-3953.
• Hofrichter, M., Ullrich, R., Pecyna, M. J., Liers, C. y Lundell, T. 2010. New and classic families of secreted fungal heme peroxidases. Applied Microbiology and Biotechnology 87: 871-897.
• Leonowicz, A.,Matuszewska, A., Luterek, J., Ziegenhagen, D., Wasilewska, M.W., Cho, N.-S. Hofrichter,M., y Rogalski, J.1999. Biodegradation of lignin by white rot fungi. Fungal Genetics and Biology 27: 175–185.
• Lundell, T. K., Makela, M.R., y Hilden, K. 2010. Lignin-modifying enzymes in filamentous basidiomycetes - ecological, functional and phylogenetic review Journal of Basic Microbiology 50: 5-20.
• Pointing, S. B. 2001. Feasibility of bioremediation by white-rot fungi. Applied Microbiology and Biotechnology 57:20-33.
• Reina, R., Kellner, H., Jehmlich, N., Ullrich, R., García-Romera, I., Aranda, E., Liers, C., 2014. Differences in the secretion pattern of oxidoreductases from Bjerkandera adusta induced by a phenolic olive mill extract. Fungal Genetic and Biology. 72, 99–105.
• Riley, R., Salamov, A.A., Brown, D.W., Nagy, L.G., Floudas, D., Held, B.W., Levasseur, A., Lombard, V., Morin, E., Otillar, R., Lindquist, E.A., Sun, H., LaButti, K.M., Schmutz, J., Jabbour, D., Luo, H., Baker, S.E., Pisabarro, A.G., Walton, J.D., Blanchette, R.A., Henrissat, B., Martin, F., Cullen, D., Hibbett, D.S., Grigoriev, I.V., 2014. Extensive sampling of basidiomycete genomes demonstrates inadequacy of the white-rot/brown-rot paradigm for wood decay fungi. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111, 9923–9928.
• Ruiz-Dueñas, F. J., Morales, M. Pérez-Boada, M. Choinowski, T. Martinez, M. J. Piontek, K., y Martinez, A.T. 2007. Manganese oxidation site in Pleurotus eryngii versatile peroxidase: A site-directed mutagenesis, kinetic, and Designer laccases: a vogue for high-potential fungal enzymes? Trends in Biotechnology 28: 63-72.
• Schwarz, J.; Aust, M.; Thiele-Bruhn, S. 2010. Metabolites from fungal laccase-catalysed transformation of sulfonamides. Chemosphere, 81, 1469-1476.
• Sugano, Y. 2009. DyP-type peroxidases comprise a novel heme peroxidase family. Cellular and Molecular Life Science 66: 1387-1403.

http://www.eea.europa.eu/es/

www.peroxicats.org

http://tolweb.org/tree/

http://webbook.nist.gov/chemistry/

http://www.cazy.org/

http://www.envirolink.org/

http://www.climatehotmap.org/

https://aftol.umn.edu/

El artículo 17 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

1. Asistencia obligatoria como mínimo al 80% de las actividades presenciales. Equivale al 50% de la calificación final. Competencias evaluadas: CB2, CE1, CE2, CE5, CE6, CE9, CE18.
2. Evaluación de los resultados obtenidos en el laboratorio a través de la actividad diaria y de la elaboración de una memoria pormenorizada de los fundamentos, métodos, resultados y significación de estos: 25% de la calificación final. Competencias evaluadas: CB3, CB5, CE1, CE3, CE4, CE5, CE6, CE7, CE18.
3. Exposición pública y discusión de los resultados obtenidos: 25% de la calificación final. Competencias evaluadas: CB4, CE3, CE4, CE5, CE6, CE8, CE9.

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

1. Realización de una práctica de las realizadas por los alumnos del curso en evaluación ordinaria (50%).
2. Elaboración de una memoria con los conceptos aplicados para la realización de la práctica y resultados obtenidos (25%).
3. Exposición pública y discusión de los resultados obtenidos (25%).

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La evaluación en tal caso consistirá en:

1. Realización de una práctica de las realizadas por los alumnos del curso en evaluación ordinaria (50%).
2. Elaboración de una memoria con los conceptos aplicados para la realización de la práctica y resultados obtenidos (25%).
3. Exposición pública y discusión de los resultados obtenidos (25%).

• Clases de teoría (10 horas presenciales).
• Clases prácticas (17 horas presenciales).
• Exposición y discusión de artículos científicos, resultados propios o trabajos bibliográficos (3 horas presenciales).
• Promoción del autoaprendizaje con recursos de texto y audiovisuales propios y en red (https://biblioteca.ugr.es).