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Los químicos desarrollan una nueva tecnología que detecta la salud de los cultivos de algas

Los químicos desarrollan una nueva tecnología que detecta la salud de los cultivos de algas
Una nueva tecnología desarrollada en UC San Diego utiliza espectrometría de masas de ionización química para alertar a los productores de algas cuando cambian las firmas de gases volátiles, lo que les permite cosechar cultivos de algas cuando son atacados por organismos contaminantes. Crédito: UC San Diego

Los perros entrenados son bien conocidos por usar su agudo sentido del olfato para identificar explosivos, contrabando e incluso ciertos tipos de enfermedades. Ser capaz de automatizar tales habilidades de detección podría ser útil en una variedad de entornos, desde aeropuertos hasta edificios públicos.


por la Universidad de California – San Diego


Ahora, los químicos de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una tecnología para monitorear la salud de los cultivos de algas, una de las fuentes más prometedoras del mundo de productos sostenibles que se están desarrollando para contrarrestar los problemas globales derivados de los contaminantes de combustibles fósiles y el desperdicio de productos.

Como se describe el 1 de octubre en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , un grupo diverso de investigadores, desde estudiantes universitarios hasta profesores superiores, ha colaborado en un proyecto del Departamento de Energía para desarrollar una técnica de medición en tiempo real que podría ahorrar cientos de millones de dólares. en pérdidas de biomasa de algas. Desde nuevos combustibles de base biológica que impulsan vehículos hasta plásticos renovables basados ​​en polímeros biodegradables que eliminan los desechos en los océanos y los vertederos sobrecargados, las algas se consideran clave para un futuro de productos sostenibles.

«Para tener suficientes algas para suministrar todos estos materiales renovables (biocombustibles, bioplásticos y nutracéuticos), debemos encontrar formas de aumentar la producción y el rendimiento de algas», dijo Robert Pomeroy, autor principal del artículo de PNAS , del Departamento de UC San Diego Química y Bioquímica. Pomeroy dirigió el desarrollo de la tecnología con el coautor del artículo Ryan Simkovsky. «Mantener las algas saludables es una forma de hacer esto. No podemos permitirnos perder acres de estos cultivos».

El método económicamente más competitivo para cultivar algas es hacer crecer los diminutos organismos acuáticos en estanques de «canales» a gran escala. Sin embargo, tal producción abierta de biomasa deja su crecimiento vulnerable a la contaminación por una variedad de invasores microscópicos de estanques. Los organismos infecciosos que se alimentan de algas incluyen virus, bacterias y hongos que pueden diezmar los cultivos de algas en cuestión de horas.

El equipo de UC San Diego desarrolló un nuevo método para evaluar gases volátiles , que son compuestos orgánicos emitidos a menudo por procesos microbianos. Utilizando un instrumento desarrollado en el laboratorio de la profesora Kimberly Prather de UC San Diego, los investigadores idearon una forma automatizada de realizar mediciones en tiempo real de gases volátiles utilizando una técnica conocida como espectrometría de masas de ionización química, o CIMS, un método previamente utilizado en medicina, defensa y control de drogas.

La tecnología monitorea continuamente la salud normal de las algas al rastrear sus emisiones de gases volátiles a través de su ciclo de crecimiento y floración. Cuando los organismos invasores o los depredadores atacan e inducen estrés, esto da como resultado un cambio en las firmas de gases volátiles. Usando CIMS, los científicos demostraron que pueden detectar instantáneamente la interrupción y alertar a los cultivadores de algas para que tomen medidas para salvar la cosecha.

Los químicos desarrollan una nueva tecnología que detecta la salud de los cultivos de algas
Los cultivos de algas a gran escala se cultivan en estanques abiertos que los dejan vulnerables a virus, bacterias y hongos invasores que pueden devastar rápidamente los cultivos. Crédito: UC San Diego

«Si supiera que hubo un ataque al cultivo, por parte de insectos o bacterias, entonces podría mitigar el daño o desconectar y cosechar antes de que se produzca algún daño», dijo Pomeroy, quien trabaja con el químico Mike Burkart y el biólogo Steve Mayfield. en el programa Alimentos y Combustibles para el Siglo XXI. «Las bacterias están diseñadas para atacar y comerse las algas y su crecimiento es exponencial. Un día podrías estar bien con unas bonitas algas verdes y al día siguiente es un desastre de barro marrón. Así que esto no es como perder el 10 por ciento de tu cosecha de trigo, de la noche a la mañana. podría perder toda la cosecha de algas «.

El sistema CIMS, anotaron los investigadores en sus experimentos, detectó contaminaciones del pastoreo por organismos infecciosos de 37 a 76 horas antes que los métodos de monitoreo tradicionales que se han utilizado durante años, incluida la microscopía y la fluorescencia. Se realizarán más investigaciones para desarrollar aún más CIMS para aplicaciones de campo de algas .

El profesor Prather es el director fundador del Centro de Impactos de Aerosol en la Química del Medio Ambiente de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), un Centro de Innovación Química de la NSF.

«En CAICE, uno de nuestros principales objetivos es desarrollar enfoques analíticos en línea únicos para detectar mezclas complejas en sistemas biológicos y ambientales», dijo Prather. «Este es un excelente ejemplo de cómo la espectrometría de masas que se desarrolló para una aplicación diferente, la medición de las emisiones oceánicas en fase gaseosa, se está utilizando ahora para abordar un problema de relevancia social. Hay infinitas aplicaciones en los campos del medio ambiente y la salud para las mediciones de espectrometría de masas se pueden utilizar para abordar problemas desafiantes «.

CIMS, indican los investigadores, podría adaptarse para monitorear la salud de otras fuentes valiosas, como queso, cerveza, anticuerpos monoclonales y ciertas carnes cultivadas en laboratorio, todas las cuales son susceptibles a los ataques de organismos infecciosos.

La lista completa de coautores de trabajos de investigación de PNAS incluye a Jon Sauer, Ryan Simkovsky, Alexia Moore, Luis Camarda, Summer Sherman, Kimberly Prather y Robert Pomeroy.



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