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Una isla llamada “Laboratorio 28”

Historias de éxito científico y formación de recursos humanos en la Universidad Autónoma de Guadalajara.

Por: Por Miguel J. Beltrán García, Profesor-investigador del Departamento de Ciencias Biotecnológicas y Ambientales de la UAG.
11/Ene/2021
UAG
En el tercer piso del ICET (o edificio E), en la Ciudad Universitaria Autónoma, tuvo su origen físico y académico un espacio que con el tiempo se conoció como el “Laboratorio 28” (actualmente es el Laboratorio 310), que entonces formaba parte del Departamento de Química. Desde los años setenta ha sido el centro de la investigación en química y hoy también lo es en las áreas de biotecnología y ciencia ambiental.

Aquí hay muchas historias de éxito, y hoy las repasamos esperando que motiven el interés por la ciencia y tecnología en nuestros alumnos, sobre todo en estos momentos, cuando se necesita hacer investigación científica y desarrollar tecnología en las universidades para contribuir con el bienestar del país.

LOS PRIMEROS AÑOS

El “Laboratorio 28” existe desde los años ochenta. En ese tiempo lo dirigía el Dr. Naohisa Yanagihara, quien hacía investigación sobre química inorgánica del cobre en colaboración con el Dr. Tetsuya Ogura; posteriormente abrió una línea de investigación en la síntesis de polímeros superabsorbentes de agua. De 1990 a 1995, el laboratorio fue liderado por la Mtra. Yolanda Sánchez, quien colaboraba con el Dr. Ogura y con quien inició el estudio de los componentes con propiedades biológicas de algunos hongos comestibles (Lentinula edodes y Pleurotus ostreatus), entre otras líneas, que sirvieron de motivación y aprendizaje para muchos estudiantes de la carrera de QFB de la época. Después lo ocupó el grupo del Dr. Ogura, quien le dio múltiples usos. En 2004 me hice cargo del laboratorio para emprender el estudio bioquímico de un hongo que afectaba el cultivo del plátano en México y el mundo.

En los últimos 16 años han pasado por el laboratorio más de 250 alumnos, con distintas afinidades por la ciencia y la investigación, quienes poco después iniciaron su vida profesional.

DESARROLLO Y CONSOLIDACIÓN

En junio de 2004, el laboratorio abrió formalmente las actividades de investigación a estudiantes de las carreras de QFB, Biología, Agronomía y Biotecnología. El tema de arranque fue determinar los factores que brindaban resistencia bioquímica contra el hongo fitopatógeno que afectaba el cultivo de plátano en las zonas de productoras de México. Este hongo, llamado inicialmente Mycosphaerella fijiensis (ahora Pseudocercospora fijiensis), destruye las hojas, disminuyendo la capacidad fotosintética, por lo que la planta queda limitada en la obtención de energía, y los racimos y las frutas son pequeños y pierden su valor comercial.

Esta enfermedad, conocida como la sigatoka negra, era endémica en Asia y no existía en América antes de los años setenta; el primer reporte de infección en México se registró en el estado de Tabasco en 1981. Tras 24 años de presencia en las plantaciones, los estudios de investigación que se hacían en ese entonces en México eran totalmente agro-culturales, y se basaban en la dosificación y aplicación de moléculas fungicidas en los huertos, modificaciones en el manejo del riego, el corte de las hojas enfermas, etcétera, por lo que fue novedoso analizar las proteínas y los genes involucrados en la resistencia a los fungicidas, pensando que conocer la respuesta antioxidante hacia el estrés causado por las especies de oxígeno reactivas nos darían pistas de cómo controlar al hongo. Sin embargo, antes debíamos reconocer las capacidades de supervivencia del hongo a las diferentes dosis de los productos químicos.

En 2005 llegaron los primeros estudiantes al laboratorio para hacer su tesis de licenciatura, de las carreras de QFB y Biotecnología Ambiental. Entre ellos se encontraban Raúl González, Daniel Tuesta y Fernanda Vargas, cuyos trabajos se enfocaron en conocer la capacidad de la respuesta antioxidante en el hongo y las hojas de la planta. La investigación de Fernanda, quien estudió la actividad de una oxidasa alternativa mitocondrial del hongo, recibió una mención honorífica en el premio de tesis que organizaba la Cámara de Comercio de Guadalajara. El trabajo de Daniel, un joven peruano, fue pionero en el estudio de microorganismos antagónicos contra el hongo, al ver que la resistencia a los fungicidas era alta.

En 2005-2007 se integraron al laboratorio más estudiantes de QFB y una alumna de Ingeniería Química. Con este grupo comenzamos a explorar otras ideas, destacando el interés por obtener bacterias para el control biológico del hongo y hacer estudios de biología molecular, un tema que siempre ha sido atractivo para los estudiantes de ciencias. En esta etapa se logró secuenciar por primera vez el gen hog-1 en el hongo de la banana; el gen era inducido por fungicidas como el fludioxonil, que alteraban el equilibrio osmótico al producir un exceso de glicerol, por lo que, al activarse el gen, el hongo moría. También se hizo un análisis de microsatélites en el ADN de M. fijiensis. Con estos resultados se propuso un proyecto al Conacyt, quien financió la adquisición de nuestro primer termociclador.

El trabajo conjunto de los estudiantes asignados al “Laboratorio 28” y los que hicieron su servicio social y prácticas profesionales ahí detonó un importante esfuerzo de la universidad para la adquisición de infraestructura y asignación de más recursos.

Se ganaron los primeros cuatro proyectos financiados por el Conacyt a través de convocatorias de Ciencia Básica y Fondos Mixtos estatales. Fue muy importante el apoyo y el trabajo del Dr. Rodolfo Casillas Vargas (QEPD), fundador de la Dirección de Investigación, quien junto con la MC Miriam Álvarez y el ya mencionado Dr. Ogura impulsó la investigación científica en la UAG.

El Dr. Casillas y la maestra Álvarez fueron directores de una oficina que administraba los recursos y daba respuesta a los requerimientos de los organismos que financiaban las investigaciones. En esa época no existían oficinas similares en otras universidades, y en palabras de los colegas, el no tenerlas complicaba el control y el uso de los recursos, por lo que la Dirección de Investigación de la UAG fue un ejemplo a seguir.

MÁS RECONOCIMIENTOS

Cada vez hubo más reconocimiento del exterior a la investigación que realizaba la UAG. Las tesis de Carlos Manuel y Sergio Campos en 2009 hicieron un doblete, porque obtuvieron el primer lugar en el certamen anual de Tesis de la Cámara de Comercio de Guadalajara en las categorías de Química y Biología. Este resultado alentó el interés de los estudiantes del laboratorio en participar con sus tesis en este concurso, que se había celebrado en Jalisco por más de cuarenta años.

En 2010, Monserrat Pérez ganó por segundo año consecutivo el primer lugar en la categoría de Química, con la tesis titulada “Diseño de un medio de cultivo a base de fragmentos de micelio del hongo My-cosphaerella fijiensis para el desarrollo de bacterias quitinolíticas”.

Y para cerrar esta etapa, el laboratorio se incorporó a una red de investigación denominada “Plátano”, apoyada por el fondo Fordecyt 2009, lo cual fue motivo de orgullo para los integrantes, porque se reconocía en el país el trabajo científico realizado en la UAG. Además, se obtuvo financiamiento para hacer ciencia.

En 2010, la estudiante de Biología Olga Odriozola ganó por primera vez el Premio Estatal de Ciencia, Tecnología e Innovación de Jalisco en la categoría de Investigación Temprana.

BACTERIAS Y AGROBIOTECNOLOGÍA

En la primera etapa del laboratorio, el estudio de las bananas se centró exclusivamente en el hongo patógeno, en conocerlo, en buscar sus debilidades y fortalezas, pero no existía la seguridad de que con ello se aportaran soluciones para el cultivo. En 2009 asistió al Segundo Congreso Internacional de Biología, Química y Agronomía de la UAG (evento fundado por el “Laboratorio 28”) el reconocido científico Dr. James White, de Rutgers University, experto mundial en hongos endófitos de las plantas. En la edición de 2011 estuvo presente el Dr. Charles Bacon, del USDA de Athens, Georgia. Ambos fueron inspiradores en los subsiguientes trabajos con bacterias endófitas.

Como mencionamos, desde 2006 se estudiaban en el laboratorio las bacterias epifitas de las hojas para el control del hongo, por lo que fue fácil enfocarse en los tejidos internos de las raíces y hojas de las plantas de banana para dirigir la nueva investigación.

En ese tiempo hubo una transición de estudiantes en el laboratorio, equilibrándose el número de los de QFB y los de Biología, e incluso se incorporaron uno de Agronomía (Rafael Torres) y una de Ingeniería en Alimentos (Leslie Miranda). Muchas veces he pensado que la presencia de estudiantes de Química y Biología en el laboratorio y el trabajo para los congresos sirvió para la integración de la facultad… al menos en las fiestas.

Entre 2009 y 2011, con la llegada de varios estudiantes que harían tesis, creció el trabajo con las bacterias endófitas de las plantas de banano; se hicieron muchos estudios en microbiología, bioquímica microbiana e identificación molecular, y se comenzó a trabajar con plantas micropropagadas, que nos dieron información de los efectos de al menos diez bacterias seleccionadas de un pool de 900 aislados de muestras de material vegetal colectadas en distintas plantaciones de Colima y Jalisco. Las bacterias resultaron prometedoras para una formulación. Sin embargo, faltaba llevarlas al campo. También se siguió analizando al hongo desde enfoques bioquímicos y moleculares, pero definitivamente el entusiasmo se enfocó en los resultados obtenidos con las bacterias, porque, por primera vez en tantos años de estudio, se encontró una manera de eliminar el hongo. Los estudiantes terminaron sus trabajos de investigación, muchos de ellos apoyados por fondos Conacyt, y se contribuyó fuertemente a la búsqueda de bacterias endófitas con potencial antagónico.

En 2012, las tesis de Alejandra Gómez y Guillermo Nogueira ganaron el Premio Estatal de Ciencia, Tecnología e Innovación y el Premio Nacional Agro-bio, respectivamente. El trabajo de Alejandra determinó cómo un grupo de enzimas antioxidantes, el glutatión y la melanina, sobrepasaban el efecto de los fungicidas y evitaban la inhibición del hongo, manteniéndolo vivo, y cómo varios factores de transcripción se activaban para regular la expulsión del fungicida, controlando más de cincuenta proteínas. Esto lo comprobó más adelante Olga Odriozola, usando métodos de biología molecular en su tesis de maestría. Por su parte, Guillermo reportó el aislamiento de 55 bacterias endófitas de hojas y raíces de banana, que mostraron cualidades agronómicas importantes, y sobre todo podían eliminar por lisis celular al hongo causante de la sigatoka negra.

En su tesis de maestría y doctorado, Gloria Macedo y David Ortiz hicieron experimentos en el laboratorio con otras bacterias aisladas de las hojas y las incluyeron en una formulación que inicialmente se probó en cinco hectáreas de una plantación comercial en Cihuatlán. Hoy, esta formulación se está registrando como patente.

En esta etapa, la investigación en el laboratorio motivó a muchos estudiantes a realizar estudios de posgrado en programas nacionales e internacionales. Así también, algunos estudiantes continuaron su formación en el laboratorio, inscritos en el programa de posgrado MYDCI de la Universidad Autónoma de Baja California, apoyados por el Dr. Benjamín Valdés Salas, investigador del Instituto de Ingeniería. Así mismo, sentaron las bases de lo que ahora es el laboratorio de Bioquímica y Biología Molecular, o de Agrobiotecnología, como lo llaman algunos.

ENDÓFITOS, AGAVES Y MAÍZ

Los primeros diez años de actividades del laboratorio sirvieron para consolidar un grupo de investigación dinámico con un recambio de estudiantes en periodos cortos, pero con una línea establecida: las bananas y las bacterias endófitas. Sin embargo, en los últimos siete años se comenzó a trabajar con dos cultivos importantes para el estado de Jalisco y el país: el agave azul y el maíz. Leslie Miranda fue la primera estudiante que uso plántulas de Agave tequilana, obtenidas de quiotes, en las que se introdujeron bacterias endófitas aisladas de la base de las hojas de plantas previamente jimadas. Los resultados fueron prometedores y esto aumentó el interés por iniciar la línea de investigación sobre el agave.

En 2013 se atrajeron recursos del Fondo de Atención a Problemáticas Nacionales del Conacyt con el fin de analizar el proceso de transferencia de nitrógeno orgánico de las bacterias a las plantas de banana, agave y maíz. En este trabajo se descubrió cómo las plantas consumen a sus propias bacterias cuando disponen de cantidades limitadas de nutrientes, y prácticamente todo el material celular microbiano se incorpora a las células vegetales.

Con este trabajo se propuso un concepto conocido como “simbiosis por transferencia de nutrientes” (Nu-trient-Transfer Symbiosis), en el que la planta permite la colonización de los microorganismos desde las raíces y a través de un mecanismo de secreción de peróxido de hidrógeno degrada selectivamente a las bacterias, obteniendo el nitrógeno orgánico. Acuñamos el término “diseño de simbiosis”; es decir, a través de la incorporación de bacterias perfectamente seleccionadas pueden modularse procesos simbióticos que conllevan al buen crecimiento y mantienen la salud de las plantas.

En 2013-2014, la atracción de recursos fue notable. Tras adquirir un fondo directo del Conacyt y un fondo de investigación privado se compró equipo científico indispensable, que hoy se usa en varias líneas de investigación. Muy pronto, el espacio fue insuficiente, por lo que se añadió el Laboratorio 27 y se triplicó el espacio; además se compró un termociclador de PCR cuantitativa, cámaras bioclimáticas, campanas de flujo laminar, ultra congelador, un criostato y la joya de la corona del laboratorio: un espectrómetro de masas Maldi-Tof Bruker. Ese equipo ha permitido la identificación de ocho mil bacterias, varios metabolitos bacterianos, proteínas y lípidos de membranas; además, se desarrolló la técnica de Maldi-Imaging.

En 2016 se obtuvo un segundo apoyo para infraestructura complementaria. Sin duda, adquirir estos equipos dio ventajas al laboratorio y a muchos estudiantes, incluyendo a los alumnos de las licenciaturas de Química, Biología y Biotecnología, quienes han operado libremente estos equipos.

PREMIOS Y RECONOCIMIENTOS

(Estudiantes y egresados ganadores y finalistas de los premios de tesis de la Cámara de Comercio de Guadalajara, el Premio Estatal de Innovación, Ciencia y Tecnología del Estado de Jalisco y el Premio Nacional AgroBio, que han desarrollado su trabajo de investigación en el “Laboratorio 28” de la UAG):

Nombre/Carrera

Categoría

Año

Fernanda Vargas/IBT

Tesis

2006

Carlos Manuel/ QFB

Tesis

2009

Sergio Campos /Biología

Tesis

2009

Olga Odriozola /Biología

CyT Jal.

2010

Dr. Miguel Beltrán /QFB

Ciencia Jal.

2011

Alejandro Gómez /QFB

Tesis

2012

Guillermo Nogueira/Biología

AgroBio

2012

Francisco Echaide / Biotecnología

CyT Jal.

2016

Ana Trewartha/ Biotecnología

CyT Jal.

2017

Ileana Olmos/ Biotecnología

CyT Jal.

2020

 

De 2014 a la fecha creció el número de tesis dirigidas, y los resultados se publicaron en revistas con mayor factor de impacto. Como siempre, una cosa buena lleva a la otra: al incrementarse el nivel de publicación, llegaron las invitaciones para participar contribuyendo con capítulos de libros de editoriales internacionales de prestigio. Estudiantes de la UAG participan en la redacción de estas publicaciones.

Con su trabajo, los estudiantes de licenciatura y posgrado dieron prestigio mundial al laboratorio en el estudio de los endófitos residentes en las semillas y otros tejidos.

En relación con los reconocimientos, nuevamente se obtuvieron premios. Los estudiantes Francisco Echaide de Biología (2016) y, recientemente, la IBT Ileana Ol-mos (2020) recibieron el Premio Estatal de Innovación, Ciencia y Tecnología de Jalisco, y la IBT Ana Trewartha (2017) obtuvo una mención honorífica en el mismo premio, todos en la categoría de Investigación Temprana. Los premios y reconocimientos a nuestros alumnos y el trabajo de todos los estudiantes han convertido al laboratorio y a la Universidad Autónoma de Guadalajara en centros generadores de conocimientos en el área agrobiotecnológica en el estado.

ENFOQUE ECOLÓGICO

Actualmente se cuenta además con el Laboratorio 314, conocido también como “laboratorio de cultivo de tejidos vegetales”, donde se ha montado una pequeña biofábrica de plantas de agave y banana. El laboratorio trabaja en la ecología, la conservación y la restauración de plantas en peligro de extinción o de convertirse en un monocultivo.

La MC América Martínez está a cargo de que ese espacio destinado para el estudio de la biotecnología vegetal sea productivo; a la fecha ha desarrollado líneas clonales de agaves de Oaxaca y Jalisco, que se están micropropagando para la restauración de los ecosistemas. La Mtra. Odriozola y la Dra. Macedo trabajan en el crecimiento del laboratorio.

Sin perder la visión de impulsar la agroeconomía, ahora se busca a través de los proyectos de investigación reducir el impacto de la agricultura en el cambio climático, y a su vez el impacto que el cambio climático está ejerciendo a través de sequías, inundaciones y cambios bruscos de temperatura sobre la productividad de los cultivos en tiempos de un incremento poblacional, lo que pone en peligro la seguridad alimentaria de los países.

Este proyecto se abordará usando bacterias endófitas, por supuesto, pero añadiendo al estudio un componente químico, las “tierras raras”, que incluyen 15 elementos conocidos como lantánidos, que poseen propiedades interesantes para el cultivo de las plantas y se usan en las pantallas de TV y teléfonos celulares. Este proyecto tiene el apoyo del Gobierno de Jalisco.

PLANTAS MEDICINALES

Se abrió una nueva línea de estudio usando plantas medicinales y estudiando a sus endófitos. Se piensa que las bacterias y hongos endófitos que residen en las plantas medicinales contribuyen a la síntesis de moléculas con propiedades antimicrobianas, antifúngicas y antitumorales, que siempre hemos pensado son de origen vegetal.

A la fecha, se han descubierto moléculas muy interesantes derivadas de bacterias endófitas de semillas y hojas de moringa y chabacano que tienen propiedades antibióticas, especialmente en la inhibición de cepas de Staphylococcus sp. y Escherichia coli resistentes a los antibióticos.

Esta línea ha sido desarrollada principalmente por alumnos de QFB, y destaca el trabajo de Boramy Lee, Luis Fierro, Aranza Rivera, Sandra Andrade, Gisela Barraza y Carolina Ramírez.

También en esta etapa participó una estudiante de medicina, Alexa Zepeda, quien realizó parte de su tesis usando espectrometría de masas para identificar proteínas en pacientes con artritis reumatoide.

Todo este trabajo ha sido apoyado por los ingenieros Ignacio Sánchez (director del ICET), José Antonio Barriga (ex decano de Ciencia y Tecnología) y Joel García (actual decano de DCyT), cuya labor ha sido fundamental para el funcionamiento y el crecimiento del laboratorio, y redunda en la formación de los alumnos de la Facultad de Química de la UAG.

CONSIDERACIÓN FINAL

El “Laboratorio 28” (hoy Laboratorio 309) ha sido un centro de generación de conocimientos, pero principalmente de formación de recursos humanos con altas capacidades científicas. Ahí, además, se ha gestado la divulgación del conocimiento a través de la organización de congresos científicos.

Este laboratorio creció gracias al esfuerzo, la dedicación y el entusiasmo de muchos estudiantes y a la gestión oportuna de las autoridades universitarias. Ahora, en plena consolidación, busca trascender aún más en otras áreas, incluida la ingeniería de alimentos, en un ecosistema de trabajo que conlleve a tener un mejor planeta, conservar los recursos naturales e impulsar la seguridad alimentaria del país.

Esta es una historia digna de contarse, en donde se han intercalado vidas e intereses que han conducido al éxito. Cada historia de nuestros estudiantes es una historia de éxitos personales, grupales e institucionales de la Universidad Autónoma de Guadalajara. Este laboratorio y sus estudiantes son indudables motivos de orgullo UAG. 

Numeralia “Laboratorio 28”

  • 5 premios Estatales de Innovación, Ciencia y Tecnología.
  • 4 premios Canaco Guadalajara.
  • 1 premio Nacional AgroBio.
  • 9 proyectos Conacyt.
  • 3 proyectos estatales.
  • 17 artículos publicados.
  • 6 capítulos de libros especializados.
  • 46 tesis de licenciatura.
  • 7 tesis de maestría.
  • 8 tesis de doctorado.
  • 17.7 mdp en recursos económicos externos.
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