Introducción
La conservación del medioambiente y la gestión de los recursos naturales constituyen grandes retos para nuestra sociedad. Pese a que el hombre ha empleado la biotecnología tradicionalmente en actividades tales como la fabricación de alimentos, tratamiento de residuos y aguas, etc., son el advenimiento de la ingeniería genética y el desarrollo de las tecnologías genómicas los responsables del auge social que la biotecnología ha experimentado en las últimas décadas.
La biotecnología moderna está siendo aplicada con éxito en las áreas de salud humana y animal, agricultura y agroindustria, fabricación y procesado biológico, y medio ambiente. La Biotecnología Médica y la Agraria son las áreas de mayor desarrollo, en particular en la incorporación de las tecnologías genómicas (y otras –ómicas) a estos sectores
En lo que respecta al medioambiente, la gestión sostenible de los recursos hídricos y la búsqueda de tecnologías que propicien su conservación o remediación constituyen oportunidades para el desarrollo de la I+D+i. En este sentido, la biotecnología y el estudio de los procesos de bioremediación en aguas contaminadas poseen claras sinergias. Ello se debe a que los microorganismos participan en la reacciones de atenuación natural de contaminantes inorgánicos y orgánicos presentes en el agua. No obstante este tipo de estudios no se pueden llevar a la práctica sin el conocimiento exhaustivo de los sistemas hidrogeológicos.
Actualmente, la Sección de Biotecnología y Recursos Naturales persigue los siguientes objetivos generales:
- Objetivo 1. Incorporar las tecnologías desarrolladas en el ámbito de las Ciencias de la Tierra (biología, geología, química) a los programas de investigación, desarrollo e innovación en líneas de trabajo de interés para la región castellano-manchega.
- Objetivo 2. Transferir estas técnicas a los sectores sociales y empresariales interesados y apoyar tecnológicamente a éstos
- Objetivo 3. Prestar asesoramiento científico-tecnológico a entes públicos o privados.
- Objetivo 4. Brindar formación especializada de postgrado a universitarios, técnicos y profesionales, en temas relacionados con la biotecnología y la gestión de los recursos hídricos.
- Objetivo 5. Contribuir al desarrollo regional, tanto científico-tecnológico como económico-social, a través de la implementación de tecnologías genéticas, biológicas, geológicas y químicas en general, en los sectores agroindustrial, forestal y de recursos naturales.
Lineas de Investigación
Desde su inicio la Sección ha desarrollado varias líneas de investigación en las áreas agrícola y sanitaria, decantándose en los últimos 10 años hacia una de ellas:
BIOTECNOLOGÍA DEL AZAFRÁN, Crocus sativus L.
Esta es nuestra principal línea de trabajo. El azafrán, la especia más cara del mundo, se compone de los estigmas desecados de la flor de la planta Crocus sativus L. La mayor superficie de cultivo mundial de azafrán ha correspondido a España hasta fechas recientes, siendo Albacete la provincia productora más importante durante siglos. Tanto la superficie cultivada como la producción de azafrán en la región castellano-manchega y en toda España han registrado una continua disminución, cercano al 75% en las dos últimas décadas.
Resulta paradójico que esté en peligro de desaparición el azafrán, único producto agroalimentario de la región de Castilla-La Mancha, y uno de los pocos de España (quizás el único), cuyo nombre va asociado a la máxima calidad mundial. El azafrán calidad ‘Mancha’ (aunque desgraciadamente ya no producido en La Mancha) ha sido sinónimo del mejor azafrán del mundo en todos los mercados internacionales.
El trabajo llevado a cabo por nuestro grupo se ha concretado en las siguientes áreas:
- Metabolitos secundarios con interés biomédico: biofármacos, estructura y función
- Micropropagación y mejora genética mediante tecnologías in vitro.
- Conservación y manejo de recursos genéticos en Crocus spp.: creación y estudio del banco nacional y mundial de germoplasma de azafrán y especies afines
-
- Desarrollo de tecnologías –OMICAS, para el control de la adulteración del azafrán-producto, la trazabilidad, el origen de producción, y la mejora genética del cultivo
- Estudios de Epigenética en el azafrán y especies afines
- Proyecto internacional para la secuenciación del Genoma de Crocus sativus L
El marco general se encuadra en la búsqueda de nuevos usos a las mercancías agrícolas de la región, de acuerdo con los objetivos de la PAC, y en el apoyo a los cultivos de alto valor añadido, su mejora genética y la conservación de la biodiversidad agraria. Los metabolitos secundarios de origen vegetal con utilidad biotecnológica como fármacos, enzimas industriales, colorantes, etc., poseen un alto valor añadido, lo que justifica el interés en su búsqueda, análisis y producción. Es sobradamente conocida la implicación de los factores dietéticos en la prevención de diversos tipos de cáncer. Se ha demostrado la utilidad de varias especias como agentes quimiopreventivos, entre ellas el azafrán, así como sus efectos antitumorales y anticarcinogénicos. En nuestro laboratorio hemos estudiado compuestos del azafrán con actividad antitumoral. Además, otras moléculas de interés biotecnológico presentes en el cormo como lectinas, quitinasas y proteínas de respuesta a estrés, están siendo estudiadas por técnicas bioquímicas y genéticas. Estamos desarrollando técnicas de cultivo in vitro destinadas a incrementar la producción de estos compuestos, a la micropropagación del azafrán y a la manipulación genética de esta planta mediante técnicas in vitro. Hemos abordado con otros grupos la creación de la colección mundial de azafrán y especies afines, a fin de frenar la elevada erosión genética a la que se ha visto sometido este cultivo, a través del Proyecto CROSCUBANK del que hemos sido proponentes y coordinadores. En este campo, nuestra última línea de trabajo versa sobre la Genómica del azafrán, donde a través de un consorcio internacional generado de la Acción COST SAFFRONOMICS de la que hemos sido proponentes, estamos abordando la secuenciación y análisis del GENOMA del azafrán, como objetivo para el corto plazo.
LOS RECURSOS NATURALES. Agua y medioambiente.
EL agua es el elemento básico para la vida, pero es un bien escaso. La explotación sostenible de los recursos hídricos es uno de los principales retos en la investigación y la planificación ambiental. La comprensión de las características y los factores que se encuentran envueltos en la interacción agua superficial (ríos, lagos,…) y el agua subterránea constituyen el pilar básico para conocer en qué medida los sistemas naturales son capaces de afrontar alteraciones en los cambios del uso del suelo y el clima. Este conocimiento es básico para después aplicar la biotecnología en la biorremediación de masas de agua contaminadas. En añadidura, la investigación orientada a conocer las dinámicas de atenuación es de gran interés para dotar a los gestores de criterios fundamentados que garanticen la preservación ambiental, como exige la Directiva Marco del Agua y la Directiva del Agua Subterránea.
Las líneas de trabajo que lleva a cabo la sección son:
- Análisis y evaluación de recursos hídricos, a través del desarrollo de métodos y herramientas para evaluar el estado cualitativo y cuantitativo de los recursos hídricos
- Remediación de la contaminación de los recursos hídricos, mediante el desarrollo y aplicación de tecnologías de bioremediación para minimizar los impactos ambientales sobre los recursos hídricos
- Gestión integrada de recursos hídricos, a través del desarrollo de conocimientos y herramientas para mantener o reforzar el desarrollo coordinado de la gestión del agua, el suelo y los recursos relacionados, a fin de maximizar la resultante económico-social del bienestar de una manera equitativa sin comprometer la sostenibilidad de los ecosistemas
Perfil del Grupo
Nuestra sección siempre ha entendido que la vía para mejorar la productividad y optimizar el aprovechamiento de los recursos naturales. En este propósito hemos conseguido aglutinar un grupo multidisciplinar de bioquímicos, geólogos, economistas, farmacólogos, biólogos moleculares, genetistas, fisiólogos e investigadores clínicos de varias instituciones nacionales y extranjeras.
EEl Profesor José Antonio Fernández Pérez, creador y director de la Sección de Biotecnología del IDR desde 1994, es Catedrático de Genética, y ha sido investigador posdoctoral en la Universidad de Londres (
University College London), la Universidad de Kent en Canterbury (Inglaterra) y la Universidad Politécnica de Madrid, y está especializado en GENÉTICA y BIOTECNOLOGÍA. En 2015, tiene lugar la creación de la Sección de Biotecnología y Recursos Naturales, gracias a las sinergias existentes entre las investigaciones en materia de remediación de la contaminación del agua y la microbiología. En 2015 se incorpora a la sección el Profesor Contratado Dr. Juan José Gómez Alday, Director del Grupo de Hidrogeología de la UCLM, y el Profesor Contratado Dr. David Sanz Martínez, miembro del mismo grupo. Estos profesores aportan sus conocimientos en materia de caracterización de recursos hídricos.
En los últimos veinte de años, la sección ha dotado de nuevas tecnologías a los programas de investigación, desarrollo e innovación en líneas de trabajo de interés para la región castellano-manchega, en línea con el programa Ris3 y Horizonte 2020. En estos momentos, la empresa Applied Bio-Res dedica parte de sus recursos humanos al desarrollo de nuevos servicios tecnológicos en el ámbito de la biorremediación. En el grupo son permanentes las estancias de investigadores españoles y extranjeros, a nivel pre- u post-doctoral, procedentes de países como Méjico, Bélgica, Colombia, Italia, India, Irán, Marruecos, Francia, Viena, Emiratos Árabes Unidos, EEUU, etc.
Los investigadores de la sección participan en la formación de postgrado dirigida a estudiantes, técnicos y profesionales, en temas relacionados con la biotecnología y la gestión de los recursos hídricos. Por la sección han pasado estudiantes de distintos ciclos de formación profesional, y de grado de distintas universidades a través de diferentes convenios de educación.
La planificación y gestión del agua en Castilla–La Mancha se enfrenta a muchos desafíos en diferentes áreas, sectores y escalas, que se amplifican en el caso de uso intensivo de las aguas subterráneas en regiones áridas y semiáridas. Una de las características esenciales para una eficiente y sostenible gestión de los recursos hídricos es el seguimiento y control de los principales elementos del ciclo hidrológico desde el punto de vista cuantitativo, cualitativo, y ecológico. Para ello se requiere de instrumentos capaces de establecer una gestión, regulación y control del uso del agua. La experiencia demuestra que sin el conocimiento, la transparencia y la participación en la gestión disparan los problemas relacionados con los recursos hídricos. Desde nuestro grupo se ha participado en los procesos de planificación hidrológica de la Cuenca del Río Júcar a través de la modelización matemática del flujo subterráneo y sus relaciones con las masas de aguas superficiales. El estudio del impacto que los usos del suelo tienen sobre la calidad del agua es otro de los pilares en los que nuestro grupo ha colaborado científicamente con distintas administraciones desde el ámbito local al internacional Esta información, ha sido decisiva en la toma de decisiones, y ayudando en la prevención y resolución de conflictos entre los diferentes grupos de actuación (agricultores, gestores, ecologistas…).
Producción Científica del grupo (1994-2015)
| Artículos en revistas con factor de impacto en el SCI-JCR |
39 |
| Artículos científicos en revistas sin factor de impacto |
5 |
| Capítulos de libros |
6 |
| Libros completos |
2 |
| Congresos Internacionales |
51 |
| Congresos Nacionales |
14 |
| Tesis doctorales dirigidas y finalizadas |
7 |
| Patentes concedidas |
2 |
Proyectos y financiación conseguida por el grupo (1994-2015)
| Proyectos Competitivos evaluados a nivel Internacional |
2 |
340.464,00 € |
| Proyectos Competitivos evaluados a nivel Nacional |
23 |
1.257.422,00 € |
| Proyectos Competitivos evaluados a nivel Regional |
23 |
1.006.954,00 € |
| Proyectos Competitivos evaluados por la UCLM |
1 |
1.800 € |
| TOTAL |
2.606.640,00 € |
Equipamiento Científico
La sección dispone de un laboratorio completo, de 250 m2, de en cual se llevan a cabo análisis de aguas, análisis microbiológicos y de biología molecular que se divide en las siguientes áreas tecnológicas dotadas de su correspondiente equipamiento:
- Área de Preparación y Manipulación de muestras
- Sistemas de agua corriente potable
- Sistemas de agua MilliQ (desmineralizador y MilliQ)
- Microcentrífugas, centrífugas refrigeradas de mesa y centrífuga Beckman Avanti J-E
- Cabinas de flujo laminar
- Baños termostatizados, estufas, agitadores orbitales y autoclaves
- Bomba de vacío y liofilizador
- Estufas de cultivo Selecta
- Equipos de cromatografía líquida convencional
- Girovap
- Bomba peristáltica Heidolph 5001
- Rotovapor
- Área de Microscopia
- Microscopio invertido de fluorescencia Nikon Eclipse TE300
- Microscopio Olympus
- Área de Espectrofotometría
- Medidor Multiparamétrico C214-HANNA instruments
- Espectofotómetro Pharmacia-Biotech U-2000
- Lector de microplacas (Wallac, Victor).
- Área de Técnicas de Cromatografía iónica y de gases
- Aparatos de HPLC (Hewlett Packard)
- Cromatógrafo de gases (Perkin Elmer)
- Área de Técnicas de Biología Molecular
- Equipos de electroforesis de ácidos nucleicos y proteínas, con sistema de fotografía y analizador de imágenes (National Electronics)
- Hornos de hibridación de ácidos nucleicos
- Termociclador Perkin-Elmer.
- Termociclador MJ Research
- Termociclador RT-PCR Applied Biosystems 7500-FAST
- Incubadora para cultivo de células con CO2
- Equipo de Biolística (BioRad PDS-1000 Biolistic)
- Secuenciador automático de ADN (Perkin Elmer Abi Prism 310)
- Laboratorio de Bioinformática
- Área de conservación de muestras
- Arcones congeladores de -80, congeladores de -20, neveras
- Área de ensayos de mesocosmos
- Equipo de Microsensores UNISENSE (pH, Eh, H2S,…)
- Mesocosmos
- Área de ensayos en cámaras de crecimiento
- Cámara de cultivo plisable” (Conviron TCR120)
- Cámara de cultivo (Conviron TC16 y E7/2 y Sanyo SGC 1700 y SGC 970)
- Habitaciones con ambiente controlado
- Área de Modelación Hidrogeológica
Además una parte del laboratorio se encuentra destinada a la realización de ensayos de modelación de flujo subterráneo y transporte de contaminantes en condiciones controladas.
Por otro lado se dispone de un equipamiento de campo compuesto por:
- Equipo multiparamétrico WTW-EIJKELKAMP. Sonda de temperatura, pH, Eh, EC, DO,…. 25-100 m.
- Bomba peristáltica electrónica de campo EIJKELKAMP
- Equipo de Sondeos Eléctricos Verticales (SEV)-PASSI Earth Resistivity METER 16 GL y Energiser P-30
- Equipo de Sondeos Electromagnéticos (TEM/NanoTEM)-Zonge Engineering, Inc. GDP_32II (Receiver); XTM (Transmitter Controler)
- Estación meteorológica básica. Campbell Scientific. BWS200. CS300. CS-GSM-232. PC400
- Hidroniveles de varias longitudes
- Software hidrogeológico específico
Se dispone además de una dependencia para el almacenamiento de distinto equipamiento y material fungible de laboratorio, y armarios ignífugos destinados al almacenamiento de productos químicos peligrosos.