El lado Bio de la tecnología

CIUDAD DE MÉXICO l ABRIL 2019 l NÚMERO 1 l PUBLICACIÓN MENSUAL

BIOTECNOLOGÍA ROJA

BIOTECNOLOGÍA AZUL

BIOTECNOLOGÍA VERDE

Alcances y perspectivas de

Servicios Analíticos

Cultivo

cultivo de células

MICRO Y MACRO ALGAS PATOLOGIA FORESTAL

de tejidos

animales en la biotecnología farmacéutica

CONTENIDO 3

¿Qué es la biotecnología?

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Alcances y perspectivas del cultivo de células animales en la biotecnología farmacéutica

Biotecnología Roja Un adentramiento a la Biotecnología

Biotecnología Verde Cultivo de tejidos

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La innovacion se presenta por pulsos:Grupo Silanes

Biotecnología Roja

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Biotecnología Roja

Biotecnología Azul Micro y Macro algas

Biotecnología Azul Patología Forestal

DIRECTORIO

Autor .

Dafne Elena Corella López Coordinador de Innovación.

Lic. Diseño Gráfico Carolina Ruíz López Director General.

Biól. Jorge Shizuru Ledesma Secretario de Proyectos Especiales.

Dafne Elena Corella López Secretaria de Difusión y Editora Responsable.

Lic. Diseño Gráfico Carolina Ruíz López

El lado Bio de la tecnología

Revista El lado Bio de la tecnologia es una publicacion de la Coordinacion de Inovacion del CCH Sur. Oficina: edificio f salon no.15 Blvd. Cataratas 3, jardines del pedregal, 01900 ciudad de méxico Tel.56229268 Distribucion electrónica gratuita

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¿Qué es la biotecnología?

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a Biotecnología se define como un área multidisciplinaria, que emplea la biología, química y procesos varios, con gran uso en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y medicina. Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl Ereky, en 1919.

La biotecnología, entendida como un conjunto de técnicas que permiten la aplicación de las propiedades de los seres vivos para producir bienes y servicios, es muy antigua. La capacidad de los microorganismos para fermertar alimentos favoreciendo su transformación y conservacón ha sido utilizada desde los albores de la humanidad. La posibilidad de controlar estos procesos por métodos científicos avanza y progresa a lo largo del siglo XIX con la figura de Louis Pasteur.

Diversad definiciones de biotecnología pero la aceptada internacionalmente es la siguiente: La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos (Convention on Biological Diversity, Article 2. Use of Terms, United Nations. 1992).

La biotecnología, comprende investigación de base y aplicada que integra distintos enfoques derivados de la tecnología y aplicación de las ciencias biológicas, tales como biología celular, molecular, bioinformática y microbiología marina aplicada. Se incluye la investigación y desarrollo de sustancias bioactivas y alimentos funcionales para bienestar de organismos acuáticos, diagnóstico celular y molecular, y manejo de enfermedades asociadas a la acuicultura, toxicología y genómica ambiental, manejo ambiental y bioseguridad asociado al cultivo y procesamiento de organismos marinos y dulceacuícolas, biocombustibles, y gestión y control de calidad en laboratorios.

Dafne Elena Corella López

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BIOTECNOLOGÍA ROJA

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BIOTECNOLOGÍA ROJA

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elacionada con la medicina; incluye la obtención de vacunas y antibióticos, el desarrollo de nuevos fármacos, técnicas moleculares de diagnóstico, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación genética. Algunos de los ejemplos más relevantes de biotecnología roja son, la terapia celular y la medicina regenerativa, la terapia génica y los medicamentos basados en moléculas biológicas, como los anticuerpos terapéuticos, la reproducción asistida.

Alcances y perspectivas del cultivo de células animales en la biotecnología farmacéutica • • • • • • • •

Animal cell culture in pharmaceutical biotechnology: research and perspectives Carlos Alberto Tavira Montalván Angélica Ortega García Idalia Dávila González Sandino Estrada Mondaca Angélica Meneses Acosta Facultad de Farmacia. Universidad Autónoma del Estado de Morelos y Saint-Gobain México, S.A. de C.V. Gerencia de Calidad

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n la actualidad, el cultivo de células animales es uno de los sistemas más utilizados en la producción de biofármacos ya que ha demostrado tener ventajas con respecto a la expresión de proteínas recombinantes en bacterias u otros organismos eucariotes, tales como levaduras o cultivos de células vegetales. Sin embargo, su utilidad no es conocida totalmente dentro del ámbito farmacéutico ya que ha sido considerado como un sistema de producción costoso, de bajo rendimiento y difícil de manipular. Por ello, en esta revisión se presenta de manera general el desarrollo de los cultivos de células animales como sistemas productores de biofármacos y se hace hincapié de sus ventajas y limitantes así como en las aplicaciones actuales y futuras de este sistema dentro de la industria biofarmacéutica.

Estos principios básicos han sido aplicados en muy diversas disciplinas de la ciencias naturales, abarcando desde la biología celular, biología del desarrollo y la Fsiología (donde la generación de conocimiento básico está relacionada con la estructura y función celular) hasta ciencias como la toxicología y farmacología (donde el conocimiento es aplicado a las ciencias farmacéuticas).

Por otra parte, el uso de cultivos celulares animales dentro de la biotecnología farmacéutica se ha incrementado en los últimos años, ya que éstos permiten la producción de manera casi exclusiva de biológicos y biofármacos complejos (tales como vacunas tradicionales y recombinantes, proteínas recombinantes glicosiladas, anticuerpos monoclonales, vectores virales para terapia génica, etc.). Esto es debido a que brindan dos características fundamentales para la actividad de un biofármaco como son el plegamiento correcto de las proteínas y la glicosilación compleja, además de que es posible que secreten el biofármaco al medio de cultivo. Además, la generación in vitrode órganos y tejidos (ingeniería de tejidos) cuyo potencial económico está rebasando las expectativas en los últimos años está marcando otra línea divisoria en el tratamiento de transplantes y medicina reconstructiva

Bibliografía 1. Mazzarello, P. 1999. A unifying concept: the history of cell theory. Nature Cell Biology. 1(1):13-15.

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69(6):645-671.

17. Blume S., Geesink I. 2000. A brief history of polio vaccines. Science. 288(5471):1593-1594.

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BIOTECNOLOGÍA ROJA

UN ADENTRAMIENTO A LA BIOTECNOLOGIA

¿Qué es el ADN?

E

l ADN es la sigla empleada para el Ácido DesoxiriboNucleico. Este corresponde al material genético que está presente en cada célula de los organismos vivos. Está presente en algunos virus (otros virus tiene ARN), algas, plantas, árboles, animales y el hombre. El ADN se forma por cuatro nucleótidos (letras) que son Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T). Esta información se encuentra en el núcleo de la célula y es lo que conocemos como genoma. Una característica de gran interés es que las bases del ADN son las mismas en todos los organismos vivos, pero varía el orden en que se disponen estas letras y la cantidad de ellas presentes en el núcleo. Es así que los virus tienen muy poco ADN comprado con el hombre.

Dentro del ADN hay diferentes funciones, algunas letras (secuencias) son responsables que existan los genes. Por ejemplo la insulina es una proteína cuya información se encuentra en el núcleo. Del total del ADN de un organismo, se cree que sólo un 20% es funcional, es decir está involucrado en generar proteínas o cumplir una función en la célula. A medida que se vaya descifrando un mayor número de genomas será posible conocer la función de las diferentes partes del genoma.

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¿Qué es el ADNr o ADN recombinante El año de 1970 marca una etapa importante en la historia de la biotecnología: el comienzo de la manipulación enzimática del material genético, y por consiguiente, la aparición de la biotecnología moderna, que constituye la más reciente evolución de la manipulación genética. Los procedimientos que se utilizan reciben el nombre de métodos del ADN recombinante o clonación molecular del ADN. Con herramientas de la biología molecular (enzimas de restricción) es posible tomar un fragmento pequeño de ADN de un organismo (por ejemplo bacteria) e insertarlo en el ADN (genoma) de una planta.

Eso se conoce con el nombre de tecnología del ADNr (de 2 o más fuentes diferentes).

“

La ingenieria genética tiene un gran potencial en las diferentes áreas de la biotecnología.”

¿Qué es la ingeniería genética?

L

a ingeniería genética es la tecnología que permite tener ADNr. La ingeniería genética puede definirse como “La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético, o al mejoramiento de una especie”. La generación del ADNr puede tener diferentes fines, el más común es determinar la función o rol que tendría un gen en un organismo. Por ejemplo, si asumimos que tenemos un fragmento de ADN y creemos que es responsable de la producción del color azul en flores, podemos insertar ese fragmento en una planta que produce flores blancas. Si al dejarla crecer esta planta genera flores azules, entonces sabremos que ese gen es el responsable de conferir el color azul. Las aplicaciones más comunes de esta tecnología la encontramos en el área de la farmacología. Muchas proteínas, que son necesarias para el funcionamiento del hombre (por ejemplo insulina, en el caso de diabéticos) se pueden producir en microorganismos a gran escala y bajo costo. Una ventaja enorme es que por esta metodología tendremos la insulina humana, con una gran pureza. Hoy en día se sintetizan más de 200 fármacos por medio de ADNr. La ingenieria genética tiene un gran potencial en las diferentes áreas de la biotecnología. Ya mencionábamos el caso de la insulina, beneficio directo para el hombre. Un área de uso y que representa sólo el 10% de la tecnología del ADNr, es en el sector agrícola. Es posible obtener plantas que posean una característica de interés, por ejemplo plantas que producen una toxina para insectos (maíz Bt), arroz enriquecido con vitamina (arroz dorado), cultivos que en el futuro sean capaces de actuar como biorreactores y producir fármacos, entre otras aplicaciones. Desde 1996, se están comercializando plantas genéticamente modificadas en el mundo, especialmente en Estados Unidos, Argentina, Brasil y Canadá. No así en Chile, donde no está permitido el uso de plantas transgénicas para alimentación humana o animal. l

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BIOTECNOLOGÍA VERDE

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e centra en la agricultura como campo de explotación. Las aproximaciones y usos biotecnológicos verdes incluyen la creación de nuevas variedades de plantas de interés agropecuario, la producción de biofertilizantes y biopesticidas, el cultivo in vitro y la clonación y obtención de variedades de plantas transgénicas.

Cultivo de tejidos

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n 1998 surgió la necesidad de obtener recursos para generar un laboratorio de biotecnología forestal. En 1999 gracias a la adjudicación de un proyecto Fondef de infraestructura, se logró construir un laboratorio de 60 m con todas las áreas de un laboratorio de cultivo de tejidos.

Ad portas de la construcción del CB-UdeC, el Laboratorio tuvo una importante participación en cuanto a la difusión y promoción de las potencialidades de la biotecnología, siendo junto a otros laboratorios, de los primeros en establecerse tras la construcción del nuevo edificio.

Dentro de las primeras líneas de investigación, se establecieron tres: forestal maderero, frutos forestales y el estudio de la propagación y conservación de especies arbóreas y arbustivas de interés ecológico ambiental. Estas líneas de investigación no han cambiado mucho a lo largo de estos años, debido al gran campo de investigación que existe respecto al tema.

Descripción

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l grupo de Cultivo de Tejidos Vegetales, ha orientado su investigación hacia la selección y micropropagación de árboles para uso forestal y agrícola; el rescate de flora nativa en extinción con el uso de herramientas biotecnológicas; el rejuvenecimiento y revigorización de especies leñosas de interés silvoagrícolas; la embriogénesis somática para las especies de Eucalyptus, Pinus, Nothofagus chileno, Juglans, Castanea; la ecofisiología de plantas antárticas; y la bioproducción de metabolitos secundarios mediantes estrategias biotecnológicas. l

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Investigadores 1 – Dra. Patricia Sáez Delgado (Encargada de Laboratorio) 2 – Dr. Manuel Sánchez Olate 3 – Dra. Darcy Ríos Leal

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Proyectos 1. INNOVA BIOBIO Nº4 B3-234. Producción de plantas seleccionadas de castaño a través de técnicas biotecnológicas. Directora: Dra. Darcy Ríos; 2004-2009.

2. AECI 208.142.025-4. Impacto del envejecimiento de setos de alto valor genético en la clonación de Pinus radiata: Sistema de multiplicación, competencia-expresión de genes y proteínas candidatas y validación de los regenerantes. Agencia Española de Cooperación Internacional. Directora: Dra. Darcy Ríos; 2008-2009.

3. Fondecyt de Iniciación en Investigación N°11130332. “Photosynthetic responses to warming in Antarctic plants from different latitudes in the Maritime Antarctic”. Directora: Dra. Patricia Sáez Delgado. 2013-2016.

4.ProyectoAnillodeInvestigaciónAntárticaART1102“Ecofisiologíadeplantasantárticas: esclareciendo las consecuencias biológicas del cambio climático en poblaciones vegetales de la Antártica Marítima”. Directora: Dra. Patricia Sáez Delgado. 2013-2015.

5. Fondef-IDeA N° CA13I10272. Propagación in vitro de Rhodophiala pratensis y su uso como fuente de alcaloides de importancia farmacológica. Directora: Dra. Matilde Uribe Moraga. 2014-2015.

Publicaciones Sáez, P.; Bravo, L.; Sáez, K.; Sánchez-Olate, M. and Ríos, D. 2012.Photosynthetic and leaf anatomical characteristics of Castanea sativa: a comparison between in vitro and nursery plants. Physiologia Plantarum 56:15-24.

2. Alvarez, C.; Sáez, P.; Sáez, K.; Sánchez-Olate, M. & Ríos, D. 2012. Effects of light and ventilation on physiological parameters during in vitro acclimatization of Gevuina avellana Mol. Plant Cell Tissue Organ Culture 108:1-9.

3. Sáez, P.; Bravo, L.; Latsague, M.; Toneatti, M.; Sánchez-Olate, M. and Ríos, D. 2013. Light energy management in micropropagated plants of Castanea sativa, effects of photoinhibition. Plant Science 201-202 : 12-24.

4. Paredes K., Delaveau C., Carrasco P., Baeza C., Mora F., and M. E. Uribe. 2014.

In vitro bulbing for the propagation of Traubia modesta (Amaryllidaceae), a threatened plant endemic to Chile. Cien. Investigación Agrícola 41: 207-2014 5. Flores C., Delaveau C., Alvarez C., Vergara D., Baeza C., Ruiz E., and M.Uribe. 2013.

Genetic variation within three populations of Phycella australis (Phil.) Ravenna from Biobío Region, Chile, evaluated using ISSR markers. Chilean Journal Agricultural Research. 73: 77-81

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BIOTECNOLOGÍA AZUL

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e basa en la explotación de los recursos biológicos del marpara la generación de productos y aplicaciones de interés industrial. Si tenemos en cuenta que el mar ofrece la mayor biodiversidad, potencialmente existe una enorme variedad de sectores que se pueden beneficiar de los usos de la biotecnología azul. Muchos de los productos y aplicaciones de la biotecnología azul se encuentran en fase de búsqueda o investigación, si bien ya hay ejemplos de utilización de algunos de ellos de forma cotidiana.

Servicios Analíticos

E

n el área de servicios analíticos, el centro cuenta con certificaciones actualizadas que permiten realizar análisis de características físicas y químicas de aguas crudas y residuales, caracterización de biomasa y biocombustibles sólidos, muestreo y caracterización de algas, análisis químico de maderas y derivados, análisis de patógenos forestales, calidad de la madera, análisis de licores verde y ne El Laboratorio de Recursos Renovables del CB-UdeC mantiene su Acreditación como Laboratorio de Ensayo, en las áreas Físico-Química para aguas residuales, de acuerdo al convenio INN-SISS y Físico Química para aguas residuales, madera y sus derivados, en el Sistema Nacional de Acreditación INN, bajo NCh-ISO 17025.2005.

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Otros Servicios

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Análisis de Pentaclorofenol en aguas crudas (superficiales, subterráneas, mar) y aguas residuales, metodología LRRP-GC-03, Basado en EPA 525.2 rev. 2, Cromatografía de gases.

Análisis de metales en diferentes matrices por plasma inductivamente acoplado.

Análisis químico de madera y pulpa de celulosa (carbohidratos, metales, análisis elemental).

Análisis Espectral infrarrojo cercano.

Determinación de aminoácidos en harina de pescado, batidos proteicos.

Determinación de capacidad antioxidante en productos apícolas.

Determinación de radicales hidroxilo, superoxido y oxigeno singlete por EPR. Implementación de metodologías analíticas.

Asesorías analíticas.

Recolección o toma de muestras de micro y macro algas.

Aislación e identificación (molecular y taxonómica) de microalgas.

Identificación taxonómica y molecular de macroalgas.

Determinación de la densidad celular de microalgas o estados iniciales de cultivos de macroalgas.

Mantención y comercialización de cepas microalgales.

Asesoría e implementación de cultivos de micro y macro algas para la obtención de compuestos de alto valor comercial.

Asesoría en diseño e implementación de fotobiorreactores (plano o tubular) para el cultivo de micro y macro algas.

Asesoría en diseño e implementación de sistemas abiertos (raceways) para el cultivo de micro y macro algas Modelación numérica para la optimización de sistemas de cultivo.

Determinación de capacidad antioxidante a través de métodos ORAC, DPPH, ABTS. Extracción y cuantificación de polifenoles totales.

Caracterización de ácidos grasos Extracción y cuantificación de carotenoides.

Asesoría en formulación y desarrollo de proyectos de I+D+i.

Capacitación en biotecnología y acuicultura algal.

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Diagnóstico de enfermedades producidas por hongos y problemas sanitarios producidos por plagas.

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Micro y Macro algas

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a primera línea de investigación de esta área tuvo su inicio en el año 2009, en el ámbito de los biocombustibles a partir de materia algal, el que posteriormente se complementó al incorporar el desarrollo de biomateriales, siguiendo el concepto de Biorrefinerías. Al cabo de un tiempo, se siguió la línea de cultivos de micro y macro algas para producir biomasa con alto valor en el área de nutracéuticos, alimentos funcionales y, en algunos casos, biofármacos.

Además, el grupo de investigación ha colaborado estrechamente con otras instituciones regionales y nacionales en el desarrollo de antivirales y antiinflamatorios, en particular con la Facultad de Ciencias Biológicas UdeC en el área de compuestos antitumorales, y también con la Facultad de Agronomía en mejoramiento de suelos a partir de algas.

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BIOTECNOLOGÍAAZUL Descripción

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n el área de biotecnología de micro y macro algas del CB-UdeC conocido como Grupo Interdisciplinario de Biotecnología Marina GIBMAR, está focalizado en desarrollar e implementar una plataforma integrada de investigación, desarrollo e innovación, que fortalezca la asociación con el sector productivo con un fuerte impacto socio económico, permitiendo la diversificación acuícola de los recursos marinos y agregando valor a través de la generación de nuevos productos.

Sus líneas de investigación se enfocan en el desarrollo de biomateriales, nutracéuticos, alimentos funcionales, tecnologías de cultivo, tecnologías de cosecha, biorremediación, bioenergía, farmacéuticos, cosmecéuticos, y ambientes marinos.

Como grupo, trabajan para posicionarse como un referente nacional e internacional en el desarrollo de nuevos productos tecnológicos, a través del mejor aprovechamiento de los recursos marinos y en particular de la biomasa algal.

Investigadores 1- Dr. Cristian Agurto Muñoz (Encargado de Laboratorio) 2- Dr. Regis Le-Feuvre Salas 3- Sergio San Martín Parraguez 4- Nicolás Troncoso León 5- Jorge Farías Campos

Publicaciones 1. Troncoso N., R. Saavedra, A. Olivares, J. Farías, S. San-Martín, H. Urrutia y C. Agurto. 2015. Identificación de compuestos antibacterianos en macroalgas presentes en la Región del Biobío, Chile. Rev. Biol. Mar. Oceanogr. 50(S1):199-204.

2. Le-Feuvre R, J Farías, P Honorato, N. Troncoso, S. San Martín, R. Riquelme. C Agurto. (2015). Uso de Algas Inmovilizadas para la Biorremediación de Aguas Contaminadas con Metales Pesados. Revista Versión Diferente.

3. Troncoso N., S. San-Martin, J. Farías, S. Vera, R. Teixeira, M. Pereira y C. Agurto.2015. Avances en el desarrollo de biomateriales funcionales: Papel de pulpa algal y fibra secundaria. Revista Versión Diferente.

4. Agurto C., San Martin S., Farias J. y Troncoso N., 2015. Desarrollo de cultivos heterotróficos de microalgas para la obtención de biomasa rica en astaxantina y ácidos grasos omega 3 como materia prima para consumo humano. Revista Versión Diferente. 22.1: 66-69 5. Agurto C., N. Troncoso, J. Farías y S. San Martín. 2014. Papeles bioactivos de pulpa de algas y fibra secundarias: Una potencial solución para la industria frutícola nacional. Revista Versión Diferente. 21.2: 120-122.

Proyectos 1. INNOVACHILE 13IDL2-23425. ALGAEFILTER – Biofiltro de algas inmovilizadas en matriz polimérica para el tratamiento de aguas con alto contenido de metales pesados. Director: Cristian Agurto. 2014-2016. 23: 78-81 2. INNOVACHILE 13IDL2-18275 Desarrollo de mallas espumadas antimicóticas y biodegradables para la protección de manzanas y peras de exportación. Director: Cristian Agurto. 2014-2016. 23: 82-84 3. INNOVACHILE 12IDL2-16163 Desarrollo de cultivos heterotróficos de microalgas para la obtención de biomasa rica en astaxantina y ácidos grasos omega 3 como materia prima para consumo humano.

4 . FONDEF D11I-1226. De sarrollo de papele s bioactivos en base a mezclas de pulpa de algas y fibras secundarias. Director: Cristian Agurto. 2013-2015.

5. FONDEF D10I-1158. Desarrollo de materiales termoplásticos biodegradables a partir de biomasa macroalgal. Director alterno: Cristian Agurto. 2010-2013.

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Patología Forestal

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l Laboratorio de Patología Forestal (LPF) inició sus actividades en dependencias del CB-UdeC a fines del año 2006 (implementación), y el trabajo de investigación desde el año 2007. Las primeras líneas de investigación en el LPF-CB fueron el estudio de rizobacterias promotoras de enraizamiento de eucalipto y control biológico de Botrytis cinerea en viveros de eucalipto. En los últimos dos años se ha iniciado una importante línea de investigación sobre especies de Phytophthora y su efecto en especies forestales exóticas y nativas. También se ha implementado el uso de técnicas moleculares para la identificación de patógenos fúngicos y bacterianos en especies forestales.

Descripción

Investigadores

La investigación está orientada a la patología forestal, desarrollándose diferentes líneas de investigación: a) Diagnóstico de patógenos en especies forestales (Centro de Diagnóstico, CDEF). b) Especies de Phytophthora en ambientes forestales. c) Control biológico de enfermedades y malezas en ambientes forestales. d) Microorganismos promotores de crecimiento y enraizamiento.

Publicaciones 1. E. A. Sanfuentes E. A., Fajardo S., M. Sabag M., E. Hansen E. and M. González M.. 2015. Phytophthora kernoviae detected from litterfall in native forest of southern Chile. Australasian Plant Disease Notes.

2. Gacitúa S., Rubilar R., Sanfuentes E. 2013. Temporal analysis of charcoal root rot in forest nurseries under different pathogen inoculum densities and water soil content. Tropical Plant Pathology.

3. Díaz K., Araya T., Valenzuela S., Sossa K., Martínez M., Peña-Cortés H., Sanfuentes E. 2012. Production of phytohormones, siderophores and population fluctuation of two root-promoting rhizobacteria in Eucalyptus globulus cuttings. World Journal Microbiology and Biotechnology.

4. Moraga P., Opazo A., Zaldúa S., Gonzalez G., Sanfuentes E. 2011. Evaluation of Trichoderma spp. and Clonostachys spp. strains to control Fusarium circinatum in Pinus radiata seedlings.

Chilean Journal of Agriculture Research.

5. Valiente C., Díaz K., Gacitúa S., Martínez M., Sanfuentes E. 2008. Biocontrol of charcoal root rot disease in Pinus radiata nurseries with antagonistic bacteria. World Journal

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Dr. Eugenio Sanfuentes Von Stowasser