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Sustancia biogénica

Enero 30, 2023

Una sustancia biogénica es un producto elaborado por o a partir de formas de vida. Si bien el término originalmente era específico para compuestos de metabolitos que tenían efectos tóxicos en otros organismos,[1]​ se ha desarrollado para abarcar cualquier componente, secreción y metabolito de plantas o animales.[2]​ En el contexto de la biología molecular, las sustancias biogénicas se denominan biomoléculas. Por lo general, se aíslan y miden mediante el uso de técnicas de cromatografía y espectrometría de masas.[3]​[4]​ Además, la transformación y el intercambio de sustancias biogénicas pueden modelarse en el medio ambiente, en particular su transporte por vías fluviales.[5]​

Petróleo crudo, sustancia biogénica transformada
Chicle natural, una secreción de Hevea brasiliensis

La observación y medición de sustancias biogénicas es especialmente importante en los campos de la geología y la bioquímica. Una gran proporción de isoprenoides y ácidos grasos en sedimentos geológicos se derivan de plantas y clorofila, y se pueden encontrar en muestras que se remontan al Precámbrico. Estas sustancias biogénicas son capaces de resistir el proceso de diagénesis en el sedimento, pero también pueden transformarse en otros materiales. Esto los hace útiles como biomarcadores para que los geólogos verifiquen la edad, el origen y los procesos de degradación de diferentes rocas.[4]​

Las sustancias biogénicas se han estudiado como parte de la bioquímica marina desde la década de 1960,[6]​ que ha implicado investigar su producción, transporte y transformación en el agua,[5]​ y cómo pueden utilizarse en aplicaciones industriales. Una gran parte de los compuestos biogénicos en el medio marino son producidos por micro y macro algas, incluidas las cianobacterias.[6]​ Por sus propiedades antimicrobianas actualmente son objeto de investigación tanto en proyectos industriales, como en pinturas antiincrustantes,[1]​ o en medicina.[6]​

Historia de descubrimiento y clasificación

 
Sedimento biogénico: piedra caliza que contiene fósiles.

Durante una reunión de la Sección de Geología y Mineralogía de la Academia de Ciencias de Nueva York en 1903, el geólogo Amadeus William Grabau propuso un nuevo sistema de clasificación de rocas en su artículo 'Discusión y sugerencias sobre una nueva clasificación de rocas'. Dentro de la subdivisión primaria de "rocas endogenéticas", rocas formadas mediante procesos químicos, había una categoría denominada "rocas biogénicas", que se usaba como sinónimo de "rocas orgánicas". Otras categorías secundarias fueron rocas "ígneas" e "hidrógenas".[7]​

En la década de 1930, el químico alemán Alfred E. Treibs detectó por primera vez sustancias biogénicas en el petróleo como parte de sus estudios sobre las porfirinas. Con base en esta investigación, hubo un aumento posterior en la década de 1970 en la investigación de sustancias biogénicas en rocas sedimentarias como parte del estudio de la geología. Esto fue facilitado por el desarrollo de métodos analíticos más avanzados y condujo a una mayor colaboración entre geólogos y químicos orgánicos para investigar los compuestos biogénicos en sedimentos.[4]​

Además, los investigadores comenzaron a investigar la producción de compuestos por microorganismos en el medio marino a principios de la década de 1960. En 1975, se habían desarrollado diferentes áreas de investigación en el estudio de la bioquímica marina. Se trataba de "toxinas marinas, bioproductos marinos y ecología química marina".[6]​ A raíz de esto en 1994, Teuscher y Lindequist definieron las sustancias biogénicas como:

...compuestos químicos que son sintetizados por organismos vivos y que, si superan ciertas concentraciones, causan daños temporales o permanentes o incluso la muerte de otros organismos por efectos químicos o fisicoquímicos.[1]​[8]​

Este énfasis en la investigación y clasificación de la toxicidad de las sustancias biogénicas se debió en parte a los ensayos de cribado dirigidos a la citotoxicidad que se utilizaron para detectar los compuestos biológicamente activos. Desde entonces, la diversidad de productos biogénicos se ha ampliado a partir de sustancias citotóxicas mediante el uso de ensayos farmacéuticos e industriales alternativos.[6]​

En el ambiente

Hidroecología

 
Modelo de movimiento de compuestos marinos

Al estudiar el transporte de sustancias biogénicas en el Estrecho de Tatar en el Mar de Japón, un equipo ruso observó que las sustancias biogénicas pueden ingresar al medio marino debido a la entrada de fuentes externas, el transporte dentro de las masas de agua o el desarrollo por procesos metabólicos dentro del agua. Asimismo, se pueden gastar debido a procesos de biotransformación o formación de biomasa por microorganismos. En este estudio, las concentraciones de sustancias biogénicas, la frecuencia de transformación y el recambio fueron más altos en la capa superior del agua. Adicionalmente, en diferentes regiones del estrecho se mantuvieron constantes las sustancias biogénicas con mayor transferencia anual. Estos fueron O2, DOC y DISi, que normalmente se encuentran en grandes concentraciones en el agua natural. Las sustancias biogénicas que tienden a tener un menor aporte a través de los límites externos del estrecho y, por lo tanto, la menor transferencia son los componentes minerales y detríticos de N y P. Estas mismas sustancias participan activamente en los procesos de biotransformación en el medio marino y también tienen una menor producción anual.[5]​

Sitios geológicos

 
Caliza oncolítica: las oncolitas esferoidales se forman a través de la deposición de carbonato de calcio por las cianobacterias[9]​[10]​

Los geoquímicos orgánicos también tienen interés en estudiar la diagénesis de sustancias biogénicas en el petróleo y cómo se transforman en sedimentos y fósiles. Si bien el 90% de este material orgánico es insoluble en solventes orgánicos comunes, llamados kerógeno, el 10% está en una forma que es soluble y se puede extraer, de donde luego se pueden aislar compuestos biogénicos. Los ácidos grasos lineales saturados y los pigmentos tienen las estructuras químicas más estables y, por lo tanto, son adecuados para resistir la degradación del proceso de diagénesis y ser detectados en sus formas originales. Sin embargo, también se han encontrado macromoléculas en regiones geológicas protegidas. Las condiciones típicas de sedimentación involucran procesos enzimáticos, microbianos y fisicoquímicos, así como un aumento de temperatura y presión, que conducen a transformaciones de sustancias biogénicas. Por ejemplo, los pigmentos que surgen de la deshidrogenación de clorofila o hemina se pueden encontrar en muchos sedimentos como complejos de níquel o vanadilo. Una gran proporción de los isoprenoides en los sedimentos también se deriva de la clorofila. De manera similar, los ácidos grasos saturados lineales descubiertos en la lutita bituminosa de Messel en Alemania surgen de material orgánico de plantas vasculares.[4]​

Además, los alcanos e isoprenoides se encuentran en extractos solubles de roca precámbrica, lo que indica la probable existencia de material biológico hace más de tres mil millones de años.[4]​ Sin embargo, existe la posibilidad de que estos compuestos orgánicos sean de naturaleza abiogénica, especialmente en los sedimentos precámbricos. Si bien las simulaciones de la síntesis de isoprenoides en condiciones abiogénicas no produjeron los isoprenoides de cadena larga utilizados como biomarcadores en fósiles y sedimentos, se detectaron trazas de isoprenoides C9-C14.[11]​ También es posible que las cadenas de poliisoprenoides se sinteticen estereoselectivamente utilizando catalizadores tales como Al(C2H5)3-VCl3.[12]​ Sin embargo, la probabilidad de que estos compuestos estén disponibles en el entorno natural es poco probable.[4]​

Medición

 
Separación cromatográfica de clorofila

Las diferentes biomoléculas que componen las sustancias biogénicas de una planta, en particular las que se encuentran en los exudados de las semillas, se pueden identificar mediante el uso de diferentes variedades de cromatografía en un entorno de laboratorio. Para el perfil de metabolitos, se utiliza cromatografía de gases y espectrometría de masas para encontrar flavonoides como la quercetina. A continuación, los compuestos se pueden diferenciar aún más usando espectrometría de masas por cromatografía líquida de alta resolución en fase inversa.[3]​

Cuando se trata de medir sustancias biogénicas en un entorno natural como una masa de agua,[13]​ se puede usar el método CNPSi para calcular el transporte espacial de sustancias biogénicas, tanto en la dimensión horizontal como vertical. Este modelo tiene en cuenta el intercambio de agua y la tasa de flujo, y arroja los valores de las tasas de sustancias biogénicas para cualquier área o capa de agua para cualquier mes. Hay dos métodos de evaluación principales involucrados: medir por unidad de volumen de agua (mg/m3 año) y medir sustancias por volumen total de agua de capa (t de elemento/año). El primero se utiliza principalmente para observar la dinámica de sustancias biogénicas y las vías individuales para el flujo y las transformaciones, y es útil cuando se comparan regiones individuales del estrecho o vía fluvial. El segundo método utiliza los flujos mensuales de sustancias y debe tener en cuenta que existen variaciones mensuales en el volumen de agua en las capas.[5]​

En el estudio de la geoquímica, las sustancias biogénicas se pueden aislar de los fósiles y sedimentos mediante un proceso de raspado y triturado de la muestra de roca objetivo, luego lavado con ácido fluorhídrico al 40%, agua y benceno/metanol en una proporción de 3:1. A continuación, las piezas de roca se muelen y se centrifugan para producir un residuo. Los compuestos químicos se derivan luego a través de varias separaciones por cromatografía y espectrometría de masas.[4]​ Sin embargo, la extracción debe ir acompañada de precauciones rigurosas para garantizar que no haya contaminantes de aminoácidos de las huellas dactilares[14]​ o contaminantes de silicona de otros métodos de tratamiento analítico.[4]​

Aplicaciones

 
Extractos de cianobacterias que inhiben el crecimiento de Micrococcus luteus

Pinturas antiincrustantes

Se ha descubierto que los metabolitos producidos por las algas marinas tienen muchas propiedades antimicrobianas. Esto se debe a que son producidos por organismos marinos como disuasores químicos y, como tales, contienen compuestos bioactivos. Las principales clases de algas marinas que producen este tipo de metabolitos secundarios son Cyanophyceae, Chlorophyceae y Rhodophyceae. Los productos biogénicos observados incluyen policétidos, amidas, alcaloides, ácidos grasos, indoles y lipopéptidos.[1]​ Por ejemplo, más del 10% de los compuestos aislados de Lyngbya majuscula, que es una de las cianobacterias más abundantes, tienen propiedades antifúngicas y antimicrobianas.[1]​[6]​ Además, un estudio probó furanonas halogenadas producidas por Delisea pulchra de la clase Rhodophyceae contra el crecimiento de Bacillus subtilis.[15]​[1]​ Cuando se aplica a una concentración de 40 µg/mL, la furanona inhibió la formación de una biopelícula por las bacterias y redujo el grosor de la biopelícula en un 25% y el número de células vivas en un 63%.[15]​

Estas características tienen el potencial de ser utilizadas en materiales artificiales, como la fabricación de pinturas antiincrustantes sin los químicos dañinos para el medio ambiente. Se necesitan alternativas ambientalmente seguras al TBT (agente antiincrustante a base de estaño) que libera compuestos tóxicos en el agua y el medio ambiente y ha sido prohibido en varios países.[1]​ Una clase de compuestos biogénicos que ha tenido un efecto considerable contra las bacterias y microalgas que causan incrustaciones son los ésteres sesquiterpenoides de acetileno producidos por Caulerpa prolifera (de la clase Chlorophyceae), que inhibió el crecimiento bacteriano con hasta un 83% de la eficacia del óxido de TBT.[16]​

 
Fotobiorreactor utilizado para producir metabolitos de microalgas

La investigación actual también tiene como objetivo producir estas sustancias biogénicas a nivel comercial utilizando técnicas de ingeniería metabólica. Al combinar estas técnicas con el diseño de ingeniería bioquímica, las algas y sus sustancias biogénicas se pueden producir a gran escala utilizando fotobiorreactores. Se pueden usar diferentes tipos de sistemas para producir diferentes productos biogénicos.[1]​

Ejemplos de uso de fotobiorreactores para la producción de compuestos biogénicos
Tipo de fotobiorreactor Especies de algas cultivadas Producto Referencia
Poliuretano tipo alga Scytonema sp. TISTR 8208 Antibiótico dodecapéptido cíclico eficaz contra bacterias Gram-positivas, hongos filamentosos y levaduras patógenas Chetsumon y col. (1998)[17]​
Tanque agitado Agardhiella subulata Biomasa Huang y Rorrer (2003)[18]​
Puente aéreo Gyrodinium impundicum Exopolisacáridos sulfatados para acción antiviral contra el virus de la encefalomiocarditis Yim y col. (2003)[19]​
Al aire libre a gran escala Haematococcus pluvialis Compuesto de astaxantina Miguel (2000)[20]​

Paleoquimotaxonomía

En el campo de la paleoquimotaxonomía, la presencia de sustancias biogénicas en sedimentos geológicos es útil para comparar muestras y especies biológicas antiguas y modernas.[4]​ Estos marcadores biológicos se pueden utilizar para verificar el origen biológico de los fósiles y sirven como marcadores paleoecológicos. Por ejemplo, la presencia de pristano indica que el petróleo o sedimento es de origen marino, mientras que el material biogénico de origen no marino tiende a estar en forma de compuestos policíclicos o fitano.[21]​ Los marcadores biológicos también proporcionan información valiosa sobre las reacciones de degradación del material biológico en entornos geológicos. La comparación del material orgánico entre rocas geológicamente antiguas y recientes muestra la conservación de diferentes procesos bioquímicos.[4]​

Producción de nanopartículas metálicas

 
Imagen de microscopio electrónico de barrido de nanopartículas de plata

Otra aplicación de las sustancias biogénicas es la síntesis de nanopartículas metálicas.[3]​ Los métodos actuales de producción química y física de las nanopartículas que se utilizan son costosos y producen desechos tóxicos y contaminantes en el medio ambiente.[22]​ Además, las nanopartículas que se producen pueden ser inestables y no aptas para su uso en el cuerpo.[23]​ El uso de sustancias biogénicas de origen vegetal tiene como objetivo crear un método de producción rentable y respetuoso con el medio ambiente.[3]​ Los fitoquímicos biogénicos usados para estas reacciones de reducción pueden derivarse de plantas de numerosas formas, incluyendo caldo de hojas hervidas,[24]​ biomasa en polvo,[25]​ inmersión de toda la planta en solución,[23]​ o extractos de jugo de frutas y verduras.[26]​ Se ha demostrado que los jugos de C. annuum producen nanopartículas de Ag a temperatura ambiente cuando se tratan con iones de plata y, además, proporcionan vitaminas y aminoácidos esenciales cuando se consumen, lo que los convierte en un agente potencial de nanomateriales.[3]​ Otro procedimiento es mediante el uso de una sustancia biogénica diferente: el exudado de semillas en germinación. Cuando las semillas se remojan, liberan pasivamente fitoquímicos en el agua circundante, que después de alcanzar el equilibrio se pueden mezclar con iones metálicos para sintetizar nanopartículas metálicas.[27]​[3]​ El exudado de M. sativa en particular ha tenido éxito en la producción eficaz de partículas metálicas de Ag, mientras que L. culinaris es un reactivo eficaz para la fabricación de nanopartículas de Au. Este proceso también puede ajustarse aún más manipulando factores como el pH, la temperatura, la dilución del exudado y el origen de la planta para producir diferentes formas de nanopartículas, incluidos triángulos, esferas, varillas y espirales. Estas nanopartículas metálicas biogénicas tienen aplicaciones como catalizadores, revestimientos de ventanas de vidrio para aislar el calor, en biomedicina y en dispositivos biosensores.[3]​

Ejemplos

 
Estructura química del lupeol, un triterpenoide derivado de plantas[28]​

Tabla de compuestos biogénicos aislados

Clase química Compuesto Fuente Referencia
Lipopéptido[1]​
  • Lyngbyaloside
  • Radiosumin
  • Lyngbya bouillonii
  • Plectonema radiosum
  • Klein, Braekman, Daloze, Hoffmann y Demoulin (1997)[29]​
  • Mooberry, Stratman y Moore (1995)[30]​
Ácido graso[1]​
  • Gustafson y col. (1989)[31]​
  • Ohta y col. (1994)[32]​
Terpeno[6]​
  • Prochlorothrix hollandica, pizarra bituminosa de Messel
  • Simonin, Jürgens y Rohmer (1996),[33]​ Albrecht y Ourisson (1971)[4]​
Alcaloide[1]​
  • Cilindrospermopsina
  • Welwistatin
  • Cylindrospermopsis raciborskii
  • Hapalosiphon welwitschii
  • Saker y Eaglesham (1999)[34]​
  • Zhang y Smith (1996)[35]​
Cetona[36]​
  • Arborinona
  • Esquisto bituminoso Messel
  • Albrecht y Ourisson (1971)[36]​

Abiogénico (opuesto)

Una sustancia o proceso abiogénico no es el resultado de la actividad presente o pasada de organismos vivos. Los productos abiogénicos pueden ser, por ejemplo, minerales, otros compuestos inorgánicos, así como compuestos orgánicos simples (por ejemplo, metano extraterrestre, véase también abiogénesis).

Véase también

Referencias

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  •   Datos: Q289472

Enero 30, 2023
sustancia, biogénica, sustancia, biogénica, producto, elaborado, partir, formas, vida, bien, término, originalmente, específico, para, compuestos, metabolitos, tenían, efectos, tóxicos, otros, organismos, desarrollado, para, abarcar, cualquier, componente, sec. Una sustancia biogenica es un producto elaborado por o a partir de formas de vida Si bien el termino originalmente era especifico para compuestos de metabolitos que tenian efectos toxicos en otros organismos 1 se ha desarrollado para abarcar cualquier componente secrecion y metabolito de plantas o animales 2 En el contexto de la biologia molecular las sustancias biogenicas se denominan biomoleculas Por lo general se aislan y miden mediante el uso de tecnicas de cromatografia y espectrometria de masas 3 4 Ademas la transformacion y el intercambio de sustancias biogenicas pueden modelarse en el medio ambiente en particular su transporte por vias fluviales 5 Petroleo crudo sustancia biogenica transformada Chicle natural una secrecion de Hevea brasiliensis La observacion y medicion de sustancias biogenicas es especialmente importante en los campos de la geologia y la bioquimica Una gran proporcion de isoprenoides y acidos grasos en sedimentos geologicos se derivan de plantas y clorofila y se pueden encontrar en muestras que se remontan al Precambrico Estas sustancias biogenicas son capaces de resistir el proceso de diagenesis en el sedimento pero tambien pueden transformarse en otros materiales Esto los hace utiles como biomarcadores para que los geologos verifiquen la edad el origen y los procesos de degradacion de diferentes rocas 4 Las sustancias biogenicas se han estudiado como parte de la bioquimica marina desde la decada de 1960 6 que ha implicado investigar su produccion transporte y transformacion en el agua 5 y como pueden utilizarse en aplicaciones industriales Una gran parte de los compuestos biogenicos en el medio marino son producidos por micro y macro algas incluidas las cianobacterias 6 Por sus propiedades antimicrobianas actualmente son objeto de investigacion tanto en proyectos industriales como en pinturas antiincrustantes 1 o en medicina 6 Indice 1 Historia de descubrimiento y clasificacion 2 En el ambiente 2 1 Hidroecologia 2 2 Sitios geologicos 3 Medicion 4 Aplicaciones 4 1 Pinturas antiincrustantes 4 2 Paleoquimotaxonomia 4 3 Produccion de nanoparticulas metalicas 5 Ejemplos 5 1 Tabla de compuestos biogenicos aislados 6 Abiogenico opuesto 7 Vease tambien 8 ReferenciasHistoria de descubrimiento y clasificacion Editar Sedimento biogenico piedra caliza que contiene fosiles Durante una reunion de la Seccion de Geologia y Mineralogia de la Academia de Ciencias de Nueva York en 1903 el geologo Amadeus William Grabau propuso un nuevo sistema de clasificacion de rocas en su articulo Discusion y sugerencias sobre una nueva clasificacion de rocas Dentro de la subdivision primaria de rocas endogeneticas rocas formadas mediante procesos quimicos habia una categoria denominada rocas biogenicas que se usaba como sinonimo de rocas organicas Otras categorias secundarias fueron rocas igneas e hidrogenas 7 En la decada de 1930 el quimico aleman Alfred E Treibs detecto por primera vez sustancias biogenicas en el petroleo como parte de sus estudios sobre las porfirinas Con base en esta investigacion hubo un aumento posterior en la decada de 1970 en la investigacion de sustancias biogenicas en rocas sedimentarias como parte del estudio de la geologia Esto fue facilitado por el desarrollo de metodos analiticos mas avanzados y condujo a una mayor colaboracion entre geologos y quimicos organicos para investigar los compuestos biogenicos en sedimentos 4 Ademas los investigadores comenzaron a investigar la produccion de compuestos por microorganismos en el medio marino a principios de la decada de 1960 En 1975 se habian desarrollado diferentes areas de investigacion en el estudio de la bioquimica marina Se trataba de toxinas marinas bioproductos marinos y ecologia quimica marina 6 A raiz de esto en 1994 Teuscher y Lindequist definieron las sustancias biogenicas como compuestos quimicos que son sintetizados por organismos vivos y que si superan ciertas concentraciones causan danos temporales o permanentes o incluso la muerte de otros organismos por efectos quimicos o fisicoquimicos 1 8 Este enfasis en la investigacion y clasificacion de la toxicidad de las sustancias biogenicas se debio en parte a los ensayos de cribado dirigidos a la citotoxicidad que se utilizaron para detectar los compuestos biologicamente activos Desde entonces la diversidad de productos biogenicos se ha ampliado a partir de sustancias citotoxicas mediante el uso de ensayos farmaceuticos e industriales alternativos 6 En el ambiente EditarHidroecologia Editar Modelo de movimiento de compuestos marinos Al estudiar el transporte de sustancias biogenicas en el Estrecho de Tatar en el Mar de Japon un equipo ruso observo que las sustancias biogenicas pueden ingresar al medio marino debido a la entrada de fuentes externas el transporte dentro de las masas de agua o el desarrollo por procesos metabolicos dentro del agua Asimismo se pueden gastar debido a procesos de biotransformacion o formacion de biomasa por microorganismos En este estudio las concentraciones de sustancias biogenicas la frecuencia de transformacion y el recambio fueron mas altos en la capa superior del agua Adicionalmente en diferentes regiones del estrecho se mantuvieron constantes las sustancias biogenicas con mayor transferencia anual Estos fueron O2 DOC y DISi que normalmente se encuentran en grandes concentraciones en el agua natural Las sustancias biogenicas que tienden a tener un menor aporte a traves de los limites externos del estrecho y por lo tanto la menor transferencia son los componentes minerales y detriticos de N y P Estas mismas sustancias participan activamente en los procesos de biotransformacion en el medio marino y tambien tienen una menor produccion anual 5 Sitios geologicos Editar Caliza oncolitica las oncolitas esferoidales se forman a traves de la deposicion de carbonato de calcio por las cianobacterias 9 10 Los geoquimicos organicos tambien tienen interes en estudiar la diagenesis de sustancias biogenicas en el petroleo y como se transforman en sedimentos y fosiles Si bien el 90 de este material organico es insoluble en solventes organicos comunes llamados kerogeno el 10 esta en una forma que es soluble y se puede extraer de donde luego se pueden aislar compuestos biogenicos Los acidos grasos lineales saturados y los pigmentos tienen las estructuras quimicas mas estables y por lo tanto son adecuados para resistir la degradacion del proceso de diagenesis y ser detectados en sus formas originales Sin embargo tambien se han encontrado macromoleculas en regiones geologicas protegidas Las condiciones tipicas de sedimentacion involucran procesos enzimaticos microbianos y fisicoquimicos asi como un aumento de temperatura y presion que conducen a transformaciones de sustancias biogenicas Por ejemplo los pigmentos que surgen de la deshidrogenacion de clorofila o hemina se pueden encontrar en muchos sedimentos como complejos de niquel o vanadilo Una gran proporcion de los isoprenoides en los sedimentos tambien se deriva de la clorofila De manera similar los acidos grasos saturados lineales descubiertos en la lutita bituminosa de Messel en Alemania surgen de material organico de plantas vasculares 4 Ademas los alcanos e isoprenoides se encuentran en extractos solubles de roca precambrica lo que indica la probable existencia de material biologico hace mas de tres mil millones de anos 4 Sin embargo existe la posibilidad de que estos compuestos organicos sean de naturaleza abiogenica especialmente en los sedimentos precambricos Si bien las simulaciones de la sintesis de isoprenoides en condiciones abiogenicas no produjeron los isoprenoides de cadena larga utilizados como biomarcadores en fosiles y sedimentos se detectaron trazas de isoprenoides C9 C14 11 Tambien es posible que las cadenas de poliisoprenoides se sinteticen estereoselectivamente utilizando catalizadores tales como Al C2H5 3 VCl3 12 Sin embargo la probabilidad de que estos compuestos esten disponibles en el entorno natural es poco probable 4 Medicion Editar Separacion cromatografica de clorofila Las diferentes biomoleculas que componen las sustancias biogenicas de una planta en particular las que se encuentran en los exudados de las semillas se pueden identificar mediante el uso de diferentes variedades de cromatografia en un entorno de laboratorio Para el perfil de metabolitos se utiliza cromatografia de gases y espectrometria de masas para encontrar flavonoides como la quercetina A continuacion los compuestos se pueden diferenciar aun mas usando espectrometria de masas por cromatografia liquida de alta resolucion en fase inversa 3 Cuando se trata de medir sustancias biogenicas en un entorno natural como una masa de agua 13 se puede usar el metodo CNPSi para calcular el transporte espacial de sustancias biogenicas tanto en la dimension horizontal como vertical Este modelo tiene en cuenta el intercambio de agua y la tasa de flujo y arroja los valores de las tasas de sustancias biogenicas para cualquier area o capa de agua para cualquier mes Hay dos metodos de evaluacion principales involucrados medir por unidad de volumen de agua mg m3 ano y medir sustancias por volumen total de agua de capa t de elemento ano El primero se utiliza principalmente para observar la dinamica de sustancias biogenicas y las vias individuales para el flujo y las transformaciones y es util cuando se comparan regiones individuales del estrecho o via fluvial El segundo metodo utiliza los flujos mensuales de sustancias y debe tener en cuenta que existen variaciones mensuales en el volumen de agua en las capas 5 En el estudio de la geoquimica las sustancias biogenicas se pueden aislar de los fosiles y sedimentos mediante un proceso de raspado y triturado de la muestra de roca objetivo luego lavado con acido fluorhidrico al 40 agua y benceno metanol en una proporcion de 3 1 A continuacion las piezas de roca se muelen y se centrifugan para producir un residuo Los compuestos quimicos se derivan luego a traves de varias separaciones por cromatografia y espectrometria de masas 4 Sin embargo la extraccion debe ir acompanada de precauciones rigurosas para garantizar que no haya contaminantes de aminoacidos de las huellas dactilares 14 o contaminantes de silicona de otros metodos de tratamiento analitico 4 Aplicaciones Editar Extractos de cianobacterias que inhiben el crecimiento de Micrococcus luteus Pinturas antiincrustantes Editar Se ha descubierto que los metabolitos producidos por las algas marinas tienen muchas propiedades antimicrobianas Esto se debe a que son producidos por organismos marinos como disuasores quimicos y como tales contienen compuestos bioactivos Las principales clases de algas marinas que producen este tipo de metabolitos secundarios son Cyanophyceae Chlorophyceae y Rhodophyceae Los productos biogenicos observados incluyen policetidos amidas alcaloides acidos grasos indoles y lipopeptidos 1 Por ejemplo mas del 10 de los compuestos aislados de Lyngbya majuscula que es una de las cianobacterias mas abundantes tienen propiedades antifungicas y antimicrobianas 1 6 Ademas un estudio probo furanonas halogenadas producidas por Delisea pulchra de la clase Rhodophyceae contra el crecimiento de Bacillus subtilis 15 1 Cuando se aplica a una concentracion de 40 µg mL la furanona inhibio la formacion de una biopelicula por las bacterias y redujo el grosor de la biopelicula en un 25 y el numero de celulas vivas en un 63 15 Estas caracteristicas tienen el potencial de ser utilizadas en materiales artificiales como la fabricacion de pinturas antiincrustantes sin los quimicos daninos para el medio ambiente Se necesitan alternativas ambientalmente seguras al TBT agente antiincrustante a base de estano que libera compuestos toxicos en el agua y el medio ambiente y ha sido prohibido en varios paises 1 Una clase de compuestos biogenicos que ha tenido un efecto considerable contra las bacterias y microalgas que causan incrustaciones son los esteres sesquiterpenoides de acetileno producidos por Caulerpa prolifera de la clase Chlorophyceae que inhibio el crecimiento bacteriano con hasta un 83 de la eficacia del oxido de TBT 16 Fotobiorreactor utilizado para producir metabolitos de microalgas La investigacion actual tambien tiene como objetivo producir estas sustancias biogenicas a nivel comercial utilizando tecnicas de ingenieria metabolica Al combinar estas tecnicas con el diseno de ingenieria bioquimica las algas y sus sustancias biogenicas se pueden producir a gran escala utilizando fotobiorreactores Se pueden usar diferentes tipos de sistemas para producir diferentes productos biogenicos 1 Ejemplos de uso de fotobiorreactores para la produccion de compuestos biogenicos Tipo de fotobiorreactor Especies de algas cultivadas Producto ReferenciaPoliuretano tipo alga Scytonema sp TISTR 8208 Antibiotico dodecapeptido ciclico eficaz contra bacterias Gram positivas hongos filamentosos y levaduras patogenas Chetsumon y col 1998 17 Tanque agitado Agardhiella subulata Biomasa Huang y Rorrer 2003 18 Puente aereo Gyrodinium impundicum Exopolisacaridos sulfatados para accion antiviral contra el virus de la encefalomiocarditis Yim y col 2003 19 Al aire libre a gran escala Haematococcus pluvialis Compuesto de astaxantina Miguel 2000 20 Paleoquimotaxonomia Editar En el campo de la paleoquimotaxonomia la presencia de sustancias biogenicas en sedimentos geologicos es util para comparar muestras y especies biologicas antiguas y modernas 4 Estos marcadores biologicos se pueden utilizar para verificar el origen biologico de los fosiles y sirven como marcadores paleoecologicos Por ejemplo la presencia de pristano indica que el petroleo o sedimento es de origen marino mientras que el material biogenico de origen no marino tiende a estar en forma de compuestos policiclicos o fitano 21 Los marcadores biologicos tambien proporcionan informacion valiosa sobre las reacciones de degradacion del material biologico en entornos geologicos La comparacion del material organico entre rocas geologicamente antiguas y recientes muestra la conservacion de diferentes procesos bioquimicos 4 Produccion de nanoparticulas metalicas Editar Imagen de microscopio electronico de barrido de nanoparticulas de plata Otra aplicacion de las sustancias biogenicas es la sintesis de nanoparticulas metalicas 3 Los metodos actuales de produccion quimica y fisica de las nanoparticulas que se utilizan son costosos y producen desechos toxicos y contaminantes en el medio ambiente 22 Ademas las nanoparticulas que se producen pueden ser inestables y no aptas para su uso en el cuerpo 23 El uso de sustancias biogenicas de origen vegetal tiene como objetivo crear un metodo de produccion rentable y respetuoso con el medio ambiente 3 Los fitoquimicos biogenicos usados para estas reacciones de reduccion pueden derivarse de plantas de numerosas formas incluyendo caldo de hojas hervidas 24 biomasa en polvo 25 inmersion de toda la planta en solucion 23 o extractos de jugo de frutas y verduras 26 Se ha demostrado que los jugos de C annuum producen nanoparticulas de Ag a temperatura ambiente cuando se tratan con iones de plata y ademas proporcionan vitaminas y aminoacidos esenciales cuando se consumen lo que los convierte en un agente potencial de nanomateriales 3 Otro procedimiento es mediante el uso de una sustancia biogenica diferente el exudado de semillas en germinacion Cuando las semillas se remojan liberan pasivamente fitoquimicos en el agua circundante que despues de alcanzar el equilibrio se pueden mezclar con iones metalicos para sintetizar nanoparticulas metalicas 27 3 El exudado de M sativa en particular ha tenido exito en la produccion eficaz de particulas metalicas de Ag mientras que L culinaris es un reactivo eficaz para la fabricacion de nanoparticulas de Au Este proceso tambien puede ajustarse aun mas manipulando factores como el pH la temperatura la dilucion del exudado y el origen de la planta para producir diferentes formas de nanoparticulas incluidos triangulos esferas varillas y espirales Estas nanoparticulas metalicas biogenicas tienen aplicaciones como catalizadores revestimientos de ventanas de vidrio para aislar el calor en biomedicina y en dispositivos biosensores 3 Ejemplos Editar Estructura quimica del lupeol un triterpenoide derivado de plantas 28 El carbon y el petroleo son posibles ejemplos de componentes que pueden haber sufrido cambios durante periodos de tiempo geologicos La tiza y la piedra caliza son ejemplos de secreciones conchas de animales marinos que son de edad geologica La hierba y la madera son componentes biogenicos de origen contemporaneo Las perlas la seda y el ambar gris son ejemplos de secreciones de origen contemporaneo Biogenicas neurotransmisores Tabla de compuestos biogenicos aislados Editar Clase quimica Compuesto Fuente ReferenciaLipopeptido 1 Lyngbyaloside Radiosumin Lyngbya bouillonii Plectonema radiosum Klein Braekman Daloze Hoffmann y Demoulin 1997 29 Mooberry Stratman y Moore 1995 30 Acido graso 1 Sulfolipido Acido linolenico Lyngbya lagerheimii Synechococcus sp Gustafson y col 1989 31 Ohta y col 1994 32 Terpeno 6 Triterpenoide Prochlorothrix hollandica pizarra bituminosa de Messel Simonin Jurgens y Rohmer 1996 33 Albrecht y Ourisson 1971 4 Alcaloide 1 Cilindrospermopsina Welwistatin Cylindrospermopsis raciborskii Hapalosiphon welwitschii Saker y Eaglesham 1999 34 Zhang y Smith 1996 35 Cetona 36 Arborinona Esquisto bituminoso Messel Albrecht y Ourisson 1971 36 Abiogenico opuesto EditarUna sustancia o proceso abiogenico no es el resultado de la actividad presente o pasada de organismos vivos Los productos abiogenicos pueden ser por ejemplo minerales otros compuestos inorganicos asi como compuestos organicos simples por ejemplo metano extraterrestre vease tambien abiogenesis Vease tambien EditarMinerales biogenicos Producto natural Microalgas FitoquimicoReferencias Editar a b c d e f g h i j k Bhadury Punyasloke Wright Phillip C 2004 08 Exploitation of marine algae biogenic 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