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Varios virus infectan a un peligroso patógeno forestal mediante el uso de las nuevas técnicas genómicas

Varios virus infectan a un peligroso patógeno forestal mediante el uso de las nuevas técnicas genómicas

El hallazgo lo ha llevado a cabo un grupo de científicos del Grupo de Patología Forestal del campus de la Universidad de Valladolid en Palencia

Las nuevas técnicas de secuenciación de genomas son capaces de obtener millones de secuencias de ADN (o ARN) en un solo procesado de la muestra. Investigadores de la Unidad de Patología Forestal del Campus de Palencia (iuFOR; UVa-INIA) en colaboración con el Natural Resources Institute Finland (LUKE, Finlandia) han puesto a punto el uso de secuenciación masiva de ARN para identificar virus asociados a un peligroso patógeno forestal: Fusarium circinatum, el hongo causante del chancro resinoso del pino. Esta especie provoca gran mortalidad de plántulas de pino en vivero, causando graves daños al arbolado adulto en pinares y repoblaciones alrededor del mundo, incluido nuestro país.
“Esta clase de análisis provee de millones de datos, pero identificar un virus entre miles de secuencias requiere de un minucioso análisis bioinformático” explica E. Jordán Muñoz Adalia investigador predoctoral de la UVa. Los virus que infectan hongos forestales pueden en ocasiones ser de utilidad para detener estas patologías del arbolado, puesto que algunos de ellos debilitan al hongo, haciendo que la planta supere la enfermedad. “Con estos métodos, es posible detectar virus incluso cuando se encuentran en muy baja proporción en las muestras silvestres” añade J.J. Diez Casero, director de la investigación. El trabajo está también supervisado por la investigadora del campus de la Yutera Mercedes Fernández.

Cepas del hongo 'Fusarium circinatum' creciendo en medio de cultivo para la posterior extracción de ARN
Cepas del hongo ‘Fusarium circinatum’ creciendo en medio de cultivo para la posterior extracción de ARN

Resultados

Los resultados del estudio, que han sido recientemente publicados en la revista internacional Archives of Virology (de la prestigiosa editoral Springer), serán de gran utilidad en el estudio de esta grave enfermedad forestal que provoca cuantiosas pérdidas económicas en España.
El Instituto de Investigación en Gestión Forestal Sostenible de la UVa, al que pertenecen los miembros del trabajo, está llevando a cabo una intensa actividad en el estudio de diversas patologías forestales, donde se han desarrollado ya una quincena de tesis doctorales. Los miembros de esta Unidad coordinan diversos proyectos nacionales e internacionales sobre esta enfermedad, como el Proyecto PINESTRENGTH (financiado por la Unión Europea), en el que participan 36 países de todo el mundo.
Durante su existencia, este grupo ha organizado diversas reuniones internacionales, como el Congreso IUFRO (International Union of Forest Research Organizations) celebrado en el año 2011, sobre enfermedades forestales, que contó con la participación de investigadores de 17 países; o de carácter nacional, como el congreso de la Sociedad Española de Fitopatología (SEF) que se desarrolló en el año 2016 en el Teatro Principal y en el Palacio de la Diputación de Palencia.

Chancro resinoso del pino

Chancro resinoso del pino. Foto: Pablo Martínez Álvarez

Bibliografía

Muñoz-Adalia E.J., Diez J.J., Fernández M.M., Hantula J. & Vainio E.J. 2018. Characterization of small RNAs originating from mitoviruses infecting the conifer pathogen Fusarium circinatum. Archives of Virology. https://doi.org/10.1007/s00705-018-3712-2

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La adición de sustancias ácidas naturales mejora los productos sin gluten de nueva hornada

La adición de sustancias ácidas naturales mejora los productos sin gluten de nueva hornada

La Universidad de Valladolid investiga las bases para elaborar este tipo de alimentos más nutritivos y apetitosos

Cada vez es más habitual la presencia de productos sin gluten en las estanterías de los supermercados. Además de las personas con celiaquía u otras patologías asociadas a este conjunto de proteínas presentes en cereales como el trigo, existen consumidores que demandan estos alimentos de forma creciente. Al calor de esta demanda, un grupo de investigación de la Universidad de Valladolid, ProcerealTech, trabaja en mejorar las propiedades nutricionales y el sabor de estas alternativas a los panes, bollos o galletas convencionales. Recientemente han observado que la adición de sustancias ácidas naturales, similares a las producidas de forma espontánea por las masas madre utilizadas tradicionalmente en la elaboración de panes de trigo, permiten una mejora de estos productos.

En el horno de cualquier tahona, hay un momento en el que la masa fermenta y se reduce su pH. Como si se tratara de una panadería, el equipo científico ha utilizado la acidificación y la adición de proteínas exógenas, además de otros ingredientes de alto valor nutricional, para mejorar las características de estos alimentos. “Generalmente, se emplea harina de arroz u otras harinas pobres desde el punto de vista nutricional para elaborar los productos sin gluten”, explica Felicidad Ronda, responsable del equipo de la Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias de Palencia.

Para mejorar las características nutricionales y organolépticas de la harina de arroz como substituta del trigo, se emplea almidón procedente de arroz, maíz, patata o tapioca. Una línea de investigación de esta unidad de investigación consolidada reconocida por la Junta de Castilla y León trabaja en el enriquecimiento proteico de productos sin gluten. Para ello, complementa las harinas de arroz con proteína de guisante, de soja, de albúmina de huevo o de caseína de leche de vaca o modifican el proceso mediante la acidificación de las masas, como se hace en la elaboración del pan de trigo.

La investigadora Marina Villanueva muestra productos sin gluten horneados en la Universidad de Valladolid

La investigadora Marina Villanueva muestra productos sin gluten horneados en la Universidad de Valladolid

Margen de mejora

Un trabajo de investigación publicado en la revista científica Food Hydrocolloids presenta unas mejoras en la elaboración de alimentos en los que se han cambiado la proporción de dos tipos de ingredientes: por un lado, el tipo de almidón (patata, arroz o tapioca); por otro, la proteína añadida (soja o albúmina de huevo). A partir de esta labor de cocina científica, el equipo del Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal con sede en el edificio Lucía de Valladolid obtuvo geles más consistentes y adecuados para su uso alimentario. Los geles se forman en la elaboración de cremas salsas y postres. “Estudiamos las bases científicas que nos permiten elaborar productos sin gluten más nutritivos y apetitosos”, explica Marina Villanueva, a cuya tesis doctoral pertenecen estos resultados obtenidos en colaboración con la Universidad Aristóteles de Salónica (Grecia).

El trabajo de investigación ha permitido establecer un margen de maniobra en la modificación del nivel de acidez que ahora puede resultar útil a la industria agroalimentaria. En concreto, la adición de un porcentaje de proteína procedente de albúmina de huevo o de soja combinado con la reducción del pH es capaz de modificar las temperaturas de cocinado y las consistencias de los geles obtenidos a partir de almidones de arroz, patata o tapioca empleados en los productos sin gluten. Con ello, se podrán mejorar las formulaciones de estos productos.

Para ello, el equipo empleó técnicas de laboratorio como la calorimetría diferencial de barrido, la medida de propiedades reológicas de los geles y la microscopía laser con focal para observar los cambios.

 

Integrantes del grupo de investigación ProCerealTech, de la Universidad de Valladolid

Otras líneas

En el objetivo de obtener mejores productos sin gluten, la unidad investigadora también ha trabajado en el enriquecimiento con fibra soluble a partir de avena o cebada y actualmente mantiene abiertas dos líneas en el estudio de la modificación física de harina sin gluten y en la búsqueda de granos distintos para la obtención de nuevas harinas de elevado valor nutricional (como el teff o el trigo sarraceno).

 

 

Productos sin gluten enriquecidos elaborados en la Universidad de Valladolid

Productos sin gluten enriquecidos elaborados en la Universidad de Valladolid

Gluten como sinónimo de saludable

A pesar de la demanda creciente por parte de un sector de consumidores, la investigadora principal, Felicidad Ronda, recuerda que “no hay nada que demuestre el perjuicio para la salud del consumo de productos con trigo para aquellas personas que no padecen celiaquía ni ninguna otra forma de  intolerancia al gluten/trigo”. No obstante, para la científica “es obligado ofertar materias primas diferentes al trigo para diversificar la dieta y aumentar la oferta de productos saludables a los consumidores”.

Bibliografía

Marina Villanueva, Felicidad Ronda, Thomas Moschakis, Athina Lazaridou, Costas G. Biliaderis, ‘Impact of acidification and protein fortification on termal properties of rice, potato and tapioca starches and rheological behaviour of their gels’. Food Hydrocolloids. 79 (2018). 20-29

Limitaciones del estudio

El autor advierte que este estudio tiene ciertas limitaciones en las que quieren trabajar a futuro. Entre ellas están la inclusión del papel del transporte compartido, el desarrollo de las tecnologías de hidrógeno, las diferencias regionales y la falta de datos sobre disponibilidad de materiales, que no permite conocer con precisión cómo la escasez de estos podría afectar a la demanda.

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Un trabajo coordinado por el IOBA minimiza un fármaco en el tratamiento del ojo seco

Un trabajo coordinado por el IOBA minimiza un fármaco en el tratamiento del ojo seco

El medicamento experimental suplementa una proteína implicada solo con la parte esencial de la misma. El sistema, en fase muy preliminar, penetra mejor en la superficie ocular y reduce la inflamación

l literato y aviador Antoine de Saint-Exupéry dejó una cita grabada a fuego en la mente de algunos buenos diseñadores: «La perfección se alcanza no cuando no hay nada más que añadir, sino cuando ya no queda nada más que quitar». Bajo esta misma premisa parece haber trabajado un equipo científico dirigido desde el Instituto Universitario de Oftalmobiología Aplicada (IOBA) de la Universidad de Valladolid para mejorar el tratamiento del ojo seco. La investigación ha empleado en un fármaco la parte más activa de una proteína cuya disminución está implicada en enfermedades inflamatorias y con ello ha mejorado su efectividad.

“La inflamación juega un papel muy importante en el desarrollo del ojo seco”, advierte la responsable de la línea de investigación, Yolanda Diebold, líder de un equipo científico en el grupo de Superficie Ocular del IOBA. El ojo seco es una enfermedad ocular derivada de la alteración de la composición de la lágrima que baña la parte experior del órgano visual. Para suplir esta deficiencia, generalmente se emplean colirios. Sin embargo, las gotas administradas se encuentran una barrera natural muy efectiva que la vuelve impermeable a muchos medicamentos. La parte externa del ojo tiene que batallar día a día con agentes externos agresivos (polvo, microorganismos…), por lo que ha desarrollado una densa capa protectora. El fármaco convencional penetra con dificultad al interior de los tejidos. Un equipo multidisciplinar de la Universidad de Valladolid, compuesto por biólogos, biotecnólogos, tecnólogos farmacéuticos y optometristas, junto con tecnólogos farmacéuticos de la Universidad Complutense de Madrid, han logrado diseñar un fármaco experimental más pequeño y permeable al usar sólo una pequeña parte de una de las proteínas disminuidas cuando la superficie del ojo se inflama.

La proteína cuyos niveles disminuyen se denomina trombospodina-1. Está presente en los tejidos del cuerpo humano, entre ellos, los oculares. En trabajos experimentales previos, se había observado su implicación en el ojo seco, por lo que se propuso suplementarla desde fuera. “Sin embargo, esta proteína es muy grande y compleja”, matiza Diebold. Introducir una proteína voluminosa a través de una barrera celular densa es una misión complicada. El equipo investigador seleccionó de la proteína su parte más específica, un péptido, y formuló el sistema de transporte y protección para abrirse camino hacia el interior. Los resultados han sido publicados en Experimental Eye Research.

Una investigadora del IOBA pipetea en uno de los laboratorios de investigación del instituto

Una investigadora del IOBA pipetea en uno de los laboratorios de investigación del instituto

Cultivos celulares y ojos de cerdo

El fármaco experimental se empleó en células de córnea humanas y en ojos de cerdos obtenidos de mataderos. Los suidos son animales muy parecidos al ser humano en muchos aspectos anatómicos. El péptido lograba penetrar la córnea y lo hacía más profundamente que los tratamientos convencionales tanto en tiempos cortos, cinco minutos después de la administración, como más largos, una hora.

El equipo investigador quiere llevar ahora el nuevo tratamiento a Estados Unidos. Diebold, doctora en Medicina y Cirugía, colabora habitualmente con un equipo de inmunología de la Universidad de Boston. Este grupo dispone de unos ratones con ojo seco que carecen por completo de la proteína objetivo y es necesario probar si el fármaco experimental es eficaz contra la enfermedad.

Precisamente, el equipo dirigido por Diebold trabaja en el desarrollo de modelos de estudio in vitro (con cultivos celulares) y ex vivo (con muestras extraídas de pacientes u ojos de cerdo) para reducir la presencia de animales de experimentación en los laboratorios, en consonancia con la directiva europea de 2010.

magen de microscopía. Se observa la penetración de la proteína (en verde) en la superficie ocular

Imagen de microscopía. Se observa la penetración de la proteína (en verde) en la superficie ocular

Prevalencia del ojo seco

El ojo seco es una enfermedad ocular con una prevalencia entre el 10 y el 30 por ciento de la población. Se produce en mayor porcentaje en mujeres que en hombres, ya que tiene un componente hormonal. De hecho, es más frecuente tras la menopausia. No obstante, se ha observado un incremento en los últimos años, también en varones, derivado de la sequedad de ambientes de trabajo o del uso constante de pantallas en oficinas o en la vida cotidiana.

Bibliografía

Laura Soriano Romaní, Jesús Álvarez Trabado, Antonio López García, Irene Molina Martínez, Rocío Herrero Vanrell, Yolanda Diebold. ‘Improved in vitro cornela delivery of a thrombospondin-1-derived peptide using a liposomal formulation’. Experimental Eye Research. 167 (2018) 118-121. DOI: https://doi.org/10.1016/j.exer.2017.12.002

 

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La producción de microalgas para uso agrícola mejora con nuevos fotobiorreactores experimentales

La producción de microalgas para uso agrícola mejora con nuevos fotobiorreactores experimentales

La UVa aumenta el potencial de uso de estos microorganismos, empleados para la retención de C02 en los suelos y como fertilizantes

En la lucha contra el cambio global hay un pequeño ser con capacidades provechosas. Son las microalgas, microorganismos con capacidad de fotosíntesis repartidos no solo en mares y terrenos acuosos, también por suelos de todo el planeta. Un proyecto Life+, en el que participa la Universidad de Valladolid (UVa), ha estudiado la forma de aprovechar estas algas microscópicas en actividades agroindustriales tanto para capturar dióxido de carbono, el gas de efecto invernadero más preocupante en estos momentos, como para servir de abono una vez descompuesto. En este marco, un equipo de ingeniería agraria de la UVa en el campus de Palencia han diseñado nuevos depósitos para el cultivo de microalgas. Los fotobiorreactores aceleran el proceso de crecimiento e incrementan la carga fertilizante en las microalgas.

Los suelos contienen de forma natural microalgas. En la Meseta Norte, es habitual encontrar el género Chlorella, organismo unicelular del tamaño de un glóbulo rojo pero de un intenso color verde. “Está más presente cuando más húmedo es el suelo”, explica el catedrático de Ingeniería Agrícola y Forestal Luis Manuel Navas. “El proyecto Life+ Integral Carbon persigue minimizar la carga de dióxido de carbono en la producción agroindustrial”, resume el responsable del grupo de investigación de la UVa participante. En un marco más amplio, la iniciativa, que involucra a centros de investigación y al sector industrial, ha diseñado un sistema circular de aprovechamiento y reutilización de residuos en el que participan las microalgas.

Los fotobiorreactores son piscinas de plástico de tres metros cúbicos de capacidad, aproximadamente, y recuerdan a las que emplean los niños para bañarse. Allí crecen las microalgas, a las que se les controla la temperatura, el dióxido de carbono, el nivel de acidez del agua y la conductividad eléctrica producida. El equipo científico testó digestatos como sustrato para el crecimiento de los microorganismos. Los digestatos aportan los nutrientes que necesitan estos seres y proceden de residuos de las explotaciones donde terminarán las microalgas. En el desarrollo de estos dispositivos han colaborado investigadores de la Universidad de Burgos y del Centro de Desarrollo Biotecnológico del CSIC, ubicado en Boecillo (Valladolid). Los resultados de esta investigación han sido recientemente publicados en la revista científica Science of the Total Environment.

Vino y leche

Los digestatos que sirven de alimento para las microalgas proceden de las industrias vinícola y lechera. Pellejos y rastrojos de vides y de efluentes sobrantes de productos lácteos sirvieron para la generación de biogás. El combustible era empleado en las explotaciones, pero a cambio dejaba un rastro en forma de digestatos y de dióxido de carbono (CO2) emitido a la atmósfera. Los digestatos se destinaron a substrato de las microalgas, que a su vez capturan el gas de efecto invernadero. Con ello se dibuja un sistema circular. De forma global, el proyecto pretende aprovechar los subproductos de la producción de vino y leche, reducir el impacto ambiental y crear nuevos fertilizantes para uso agrícola.

“Queremos que los suelos mejorados con microalgas no solo sean más eficientes, sino que además se mantengan en el tiempo, por ello, no solo es importante que capturen CO2, sino que una vez descompuestas, las algas sirvan de abono”, resume Navas.

Para el desarrollo de estos nuevos fotobiorreactores, la Universidad de Valladolid actualizó y mejoró una patente previa. Ahora persigue transferir esta tecnología a la industria.

El proyecto Life+ Integral Carbon se desarrolló entre 2014 y 2016, si bien parte de la iniciativa se amplió a 2017. Participaron las universidades de Valladolid y Burgos, la Fundación General de la UVa, el Centro Tecnológico Nacional Agroalimentario de Extremadura (CTAEX), la Asociación Vitivinícola de Uclés (Cuenca) y la empresa Kepler Ingeniería y Ecogestión, con sede en Burgos.

 

Cultivo de 'Chlorella ellipsoidea

Cultivo de ‘Chlorella ellipsoide. Foto: Dave Thomas

 

Bibliografía

Evan A.N. Marks, Jorge Miñón, Ana Pascual, Olimpio Montero, Luis Manuel Navas, Carlos Rad. ‘Application of a microalgal slurry to soil stimulates heterotrhopic activity and promotes bacterial growth’. Science of the Total Environment. 605-606 (2017) 610-617. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.169

 

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El absentismo por baja laboral supone un sobrecargo de 3000 millones para las arcas públicas

El absentismo por baja laboral supone un sobrecargo de 3000 millones para las arcas públicas

Economistas de la Universidad de Valladolid desarrollan una metodología para estimar cuándo se alarga el permiso más allá de la recuperación fisiológica en un accidente en el trabajo

En una baja laboral por accidente, puede ocurrir que quien la padezca no se incorpore inmediatamente a su puesto de trabajo y alargue más de lo estrictamente necesario este periodo de recuperación. Esta acción tiene un coste que repercute, al final, en la economía del Estado, dado que en España esta cobertura se realiza a cargo de la Seguridad Social. Economistas de la Universidad de Valladolid en el campus María Zambrano de Segovia han desarrollado una metodología que estima tanto el coste de este tipo de absentismo como el momento en el que se produce tal comportamiento oportunista. El equipo investigador calcula que de los 26 días de media, los once y medio finales corresponderían a una prórroga innecesaria y atribuye un sobrecoste de unos 3000 millones de euros para las arcas públicas entre 2005 y 2013 por la asunción de este riesgo moral.

Un riesgo moral es aquel que una parte asume a su favor cuando tiene más información que la otra en un contrato. Un ejemplo es el del contratante de un seguro sanitario. Generalmente, la persona asegurada tiene más información que su compañía respecto a su propio estado de salud, por lo que está en ventaja a la hora de negociar las condiciones. El equipo de investigación del Departamento de Análisis Económico de la Universidad de Valladolid aplicó este concepto para estudiar las bajas por accidente laboral en España. “Podemos dividir este periodo de recuperación en dos partes, el relativo a la recuperación de la lesión en sí, y el del riesgo moral que puede asumir el afectado para prolongar el periodo de restablecimiento”, explica Ángel Luis Martín Román, responsable de la investigación.

El coste de la duración del riesgo moral está estudiado en economías como la estadounidense o las escandinavas, pero apenas se ha tratado desde un punto de vista de la economía positiva en España. El trabajo de investigación ha sido publicado recientemente en la revista European Journal of Health Economics.

Ángel Luis Martín Roman y Alfonso Moral, profesores de la Universidad de Valladolid

Ocurrencia y duración

El equipo científico recabó datos de las situaciones de incapacidad temporales registradas en la Seguridad Social entre los años 2005 y 2013. La Ley General de la Seguridad Social establece dos tipos de bajas, vinculadas o no al trabajo. Las bajas por accidente laboral suceden cuando la persona trabajadora no puede acudir a su puesto de forma temporal por una lesión o enfermedad profesional.  En el caso de las segundas, el trabajador asegurado percibe desde el primer día el 75 por ciento de la base reguladora y tiene garantizada la asistencia sanitaria y los tratamientos necesarios para recuperar su estado de salud. Los accidentes de trabajo son muy variables, incluyen daños físicos como contusiones, heridas, fracturas óseas e incluso amputaciones, pero también psicológicos como traumas.

Los datos del ministerio de Empleo sirvieron como variables en una fórmula y así conocer la duración ideal de cada tipo de baja por accidente. “Se realizaron comparaciones de las bajas estadísticamente similares y, a partir de un análisis denominado de frontera estocástica, se estableció el límite de tiempo que lleva la recuperación de cada tipo de baja. A partir de este mínimo, se puede estimar el riesgo moral asumido por parte del asegurado, este tipo de absentismo”, explica Martín Román.

El procedimiento descrito es una aproximación metodológica novedosa que se puede exportar a otros países con un sistema de cobertura de Seguridad Social como el español. Precisamente en el artículo, se establece una comparación con otros doce países europeos occidentales sobre el sistema de compensación de las bajas laborales cubiertas por el Estado.

Resultados

 

El análisis llevado a cabo con datos de entre 2005 y 2013 lleva a los investigadores a afirmar que de los 26 días de media que dura una baja por accidente laboral, alrededor de 11,5 días corresponden a un comportamiento oportunista del trabajador. Trasladado a costes económicos, los economistas establecen que cerca del 45% de los costes es atribuido a una prolongación más allá del límite ideal de la recuperación de las lesiones. En ese periodo de tiempo, se destinaron un total de 6920 millones de euros para retribuir estas ausencias del trabajo por motivos de salud. Alrededor de 3000 millones, según el cálculo del equipo de Análisis Económico, se podrían atribuir a comportamientos absentistas. “Las medidas de política económica podrían ser más efectivas para reducir este coste, dado que estamos hablando de dinero público”, remarca Martín Román.

El periodo de estudio abarcó tanto un periodo de crecimiento económico, como la explosión de la crisis. Aunque el coste de las bajas se redujo en los peores años como consecuencia también de la reducción del número de empleados, los investigadores se sorprendieron al observar que el absentismo por baja laboral también aumentó. “Lo interpretamos en un marco de precariedad, marcado por los trabajos temporales. En este contexto, esta ayuda social podría servir para mantener unos ingresos a los trabajadores”, resume el investigador principal.
Previamente, el equipo de economistas había descrito patrones entre hombres y mujeres, y entre trabajadores locales y foráneos respecto a estos periodos retribuidos de recuperación. “En el caso de las mujeres, se observa una menor ocurrencia de bajas laborales por accidente, pero de mayor duración, que atribuimos a que suelen emplearse en puestos con menos riesgos físicos. En el sector del transporte de mercancías, por ejemplo, suceden más accidentes de tráfico que en otros ámbitos, y es mayoritariamente ocupado por hombres”. En el caso de los trabajadores inmigrantes, ocurren menos bajas y son de duración más corta que los nacionales, según los trabajos de la Universidad de Valladolid.

Bibliografía

Ángel Martín-Román, Alfonso Moral, ‘A methodological proposal to evaluate the cost of duration moral hazard in workplace accident insurance’. European Journal of Health Economics (2017) 18: 1181-1198. DOI: http://10.1007/s10198-017-0878-6

 

 

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La Universidad de Valladolid analiza la contaminación de suelos agrícolas fertilizados con lodos y compost

La Universidad de Valladolid analiza la contaminación de suelos agrícolas fertilizados con lodos y compost

Una investigación desarrollada en suelos agrícolas de Palencia ha permitido comprobar que los residuos orgánicos incrementan el contenido de PCB, con concentraciones que no implican ningún tipo de riesgo para la salud humana

Investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias de Palencia de la Universidad de Valladolid (UVa) estudian si se origina contaminación cuando se utilizan lodos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) y compost de basuras urbanas en la fertilización de suelos agrícolas.

En un trabajo desarrollado en dos parcelas de la localidad palentina de Villamediana, los científicos han estudiado el grado de contaminación de los suelos agrícolas por policlorados bifenilos (PCB). Estos compuestos contaminantes tienen su origen principal en la deposición atmosférica de la contaminación ambiental, debida a las emisiones de algunas industrias y las reservas que existen todavía de estos compuestos, afectando a los lodos que se obtienen en la depuración de las aguas residuales y el compost de residuos sólidos urbanos. Aunque en la actualidad está prohibida la fabricación de PCB, siguen estando en el medio ambiente y son potencialmente peligrosos para la salud. Por este motivo, los investigadores han estudiado su presencia después de fertilizar durante ocho años las tierras con estos residuos orgánicos.

Al comparar los suelos donde se aplicaron residuos orgánicos frente a suelos que no los recibieron, los científicos han determinado que los primeros aumentaron su contenido en PCB, según los resultados que recoge una tesis doctoral defendida por el investigador por Juan Manuel Antolín, dentro de un equipo dirigido por la profesora Mercedes Sánchez Báscones, perteneciente al Grupo de Investigación Reconocido en Tecnologías Avanzadas Aplicadas al Desarrollo Rural Sostenible (GIR TADRUS).

Sin embargo, los niveles alcanzados se quedaron muy por debajo de los valores establecidos para suelos alejados de zonas de emisión de estos contaminantes, de manera que no se estima que la utilización de estos compuestos orgánicos pueda suponer un riesgo para la salud.

Las líneas de investigación de este grupo que tiene su sede en la ETS de Ingenierías Agrarias de Palencia se centran en “la gestión, el tratamiento y el aprovechamiento agrario de residuos orgánicos, procedentes de industrias alimentarias o ganaderas para ser utilizados posteriormente como fertilizantes o enmiendas en suelos agrícolas y forestales o en la restauración de suelos degradados”, explica Juan Manuel Antolín. Dentro de este marco, la evaluación de la ausencia de toxicidad de estos residuos es fundamental cuando se aplican en suelos con cultivos, por su relación con la salud humana y animal.

En este caso, gracias a un proyecto subvencionado por la Junta de Castilla y León, cuyo objetivo era estudiar la viabilidad de utilizar lodos de las estaciones depuradoras y compost de residuos sólidos urbanos como fertilizantes en suelos agrícolas, se concluye que esta reutilización resolvería dos problemas: la gran cantidad de lodos generados en las estaciones depuradoras y la tendencia a la desertización de los suelos agrícolas de la comunidad, con contenidos de materia orgánica inferiores al 2%, a causa de las técnicas de laboreo intensivas.

Un aspecto fundamental era abordar la posible contaminación de los suelos agrícolas por algunos tipos de sustancias incluidas en los residuos orgánicos utilizados, como metales pesados y los PCB. Estos compuestos han sido ampliamente usados en la industria eléctrica, por ejemplo, en transformadores y condensadores como fluidos dieléctricos; y también en productos de consumo como tintas, papeles y pinturas. Sin embargo, en la actualidad, están incluidos en la lista de los contaminantes orgánicos persistentes prohibidos por el Convenio de Estocolmo por su toxicidad, bioacumulación, persistencia en el medioambiente y alta movilidad.

El mayor problema deriva de su acumulación en el tejido graso de los seres vivos y de su transferencia a través de la leche materna. Algunos estudios vinculan su presencia a alteraciones hormonales y problemas de aprendizaje en los niños. Por sus características físicas, los PCB tienden a acumularse en las zonas más frías del planeta, como los polos.

Trabajo de campo y de laboratorio

La gran aportación de este trabajo es que se ha realizado “en condiciones  ambientales reales, no en estudios de laboratorio”, destaca Juan Manuel Antolín. Para ello se eligieron dos parcelas, una de regadío y otra de secano, que se dividieron para aplicar distintos tratamientos: fertilización mineral y fertilización orgánica con lodo compostado, lodo deshidratado y compost de basuras urbanas. Además, se dejó otra subparcela como suelo control, sin tratamiento.

Los investigadores repitieron el proceso cuatro veces y tomaron muestras antes y después para medir aspectos edafológicos y la concentración de contaminantes. Además, también se realizaron análisis de plantas por su tamaño, producción y contenidos.

“Nuestra inquietud por el estudio de los PCB se debió a que estos compuestos están presentes a nivel global”, señala el científico, así que analizar su presencia “nos indicaría el nivel de calidad de nuestro medio ambiente más cercano”, teniendo en cuenta que en la región no existían este tipo de estudios.

Los tratamientos con los tres residuos orgánicos generaron un incremento de la concentración de PCB en el suelo agrícola. Aun así “están muy por debajo del umbral límite recomendado por la Unión Europea”. Además de la aplicación de residuos orgánicos, otra posible vía de llegada de estos compuestos al suelo es la deposición atmosférica, que el análisis del terreno de control descartó en este caso.

Tendencia a la reducción

Por otra parte, se realizó una simulación sobre la tendencia de estos compuestos, debida a la aplicación de residuos orgánicos en los suelos agrícolas, de forma continua hasta el año 2050. “Los valores obtenidos fueron muy próximos a cero, porque la tendencia de los PCB en el medio ambiente se está minimizando gracias a las normativas actuales, que además de prohibir su fabricación, obligan a que las reservas existentes se eliminen progresivamente”, apunta el experto. No obstante, “siempre es necesaria la labor de equipos de investigación que vigilen y determinen la posible existencia de sustancias tóxicas como los PCBs, evitando posibles problemas de contaminación”.

En ese sentido, de cara al futuro, “nuestro objetivo es determinar otro tipo de compuestos tóxicos, como dioxinas y furanos”. Al no estar restringidos por la legislación, escapan del control, así que “vigilar y prevenir posibles riesgos para la salud humana y animal es una de nuestras responsabilidades”, comenta Juan Manuel Antolín.

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Almacenamiento de hidrógeno para los coches del futuro

Almacenamiento de hidrógeno para los coches del futuro

El Grupo de Física de Nanoestructuras de la UVa realiza simulaciones por ordenador en busca de pilas de hidrógeno que muevan vehículos eléctricos. El equipo investiga también la catálisis química a través de nanopartículas, llamada a mejorar numerosos procesos industriales

El material que se busca sería “equivalente a una esponja”, explica el catedrático Julio Alfonso Alonso, “que es capaz de almacenar agua gracias a que tiene poros y pequeñas cavidades, lo que permite que entre el líquido y quede retenido”. En este caso, el objetivo es atrapar hidrógeno, que sería liberado mediante un aumento de la temperatura.

 Sin embargo, no se trata de quemar hidrógeno como combustible, sino de emplearlo como parte del sistema de un vehículo eléctrico. La generación de electricidad se conseguiría mediante un proceso químico, al lograr una reacción del hidrógeno en contacto con el oxígeno. Básicamente, el hidrógeno se oxida y los electrones que pierde se transforman en corriente eléctrica para las pilas que moverán los motores eléctricos. El único residuo de esa reacción es el vapor de agua, de manera que este método sería inocuo para el medio ambiente, logrando una propulsión sin emisiones contaminantes.

Hasta ahora el único sistema de características similares emplea bombonas de hidrógeno, pero genera muchas dudas, así que numerosas investigaciones teóricas y experimentales buscan mejorar el método. Desde el punto de vista de la simulación teórica, los científicos de la UVa calculan las características del material poroso que buscan.

“Hoy en día las simulaciones por ordenador son tan sofisticadas que casi equivalen a un experimento de laboratorio, con sus procesos físicos y químicos”, comenta el coordinador del Grupo de Física de Nanoestructuras de la Universidad de Valladolid. Los científicos tienen que analizar cómo sería la interacción del hidrógeno y el material que debe contenerlo, así como la forma de liberarlo posteriormente para generar la corriente eléctrica que movería el coche.

Los científicos trabajan con muchas propuestas, pero aún no han dado con el material definitivo. El Grupo de Física de Nanoestructuras se centra en los carbones porosos, que parecen tener todas las características de “esponja” que serían necesarias. En general, estos materiales de carbono tienen una estructura desordenada, con redes de poros y túneles interiores que los convierten en buenos candidatos para almacenar hidrógeno.

Uno de los materiales formados por carbono más populares es el grafeno, que tiene una sola capa de átomos y podría formar las paredes de los poros de esos futuros “contenedores” de hidrógeno. “Producir carbonos porosos es sencillo y barato, los químicos saben cómo hacerlo a partir de carburos, que son compuestos formados por carbono y un elemento adicional que se puede eliminar”, comenta Julio Alfonso Alonso. Por eso, en su opinión, el verdadero reto no está en producirlos ni en definir una estructura determinada o conseguir que los poros tengan un tamaño adecuado, todos ellos objetivos asequibles, sino en modificarlos mediante procesos físicos o químicos para aumentar su capacidad para almacenar hidrógeno hasta los niveles requeridos por la industria automovilística.

 

el catedrático Julio Alfonso Alonso, segundo por la izquierda

El catedrático Julio Alfonso Alonso, segundo por la izquierda

Catálisis química

El Grupo de Física de Nanoestructuras ha obtenido la calificación de Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, un distintivo que reconoce a los grupos de investigación de la comunidad que cuentan con un mayor nivel de calidad y de producción científica. Aunque el trabajo sobre almacenamiento de hidrógeno ocupa buena parte de su tiempo, los científicos que lo integran desarrollan otra potente línea de investigación en torno a la catálisis química.

“Un catalizador es un material que ayuda a aumentar la velocidad de una reacción sin participar en ella. Por ejemplo, si en la actualidad los coches que tenemos emiten pocos gases nocivos es porque ya cuentan con catalizadores muy buenos”, afirma el catedrático.

La gran novedad en este campo es que los investigadores trabajan con nanopartículas, es decir, esperan desarrollar catalizadores basados en materiales de un tamaño tan pequeño que se puedan medir en nanómetros (la milmillonésima parte del metro). Lo más interesante es que las propiedades cambian en esta escala. “El oro es un material noble, no se oxida, pero si en lugar de tener un gran bloque, lo reducimos a unos pocos cientos de átomos, se convierte en reactivo y es un catalizador muy interesante”, pone como ejemplo el experto.

Las aplicaciones de estos estudios son incalculables porque casi todas las industrias químicas usan catalizadores y mejorarlos a escala nanométrica supone conseguir reacciones más rápidas y más eficientes.

Colaboraciones internacionales

 Tanto en la línea de almacenamiento de hidrógeno como en la de catálisis química, este grupo de la UVa mantiene colaboraciones internacionales de primer nivel, en la actualidad, con científicos de Estados Unidos, Bélgica e Israel. En España, mantienen estrechas relaciones con la Universidad de Burgos, el CSIC y la Universidad del País Vasco.

En muchas ocasiones, la colaboración se establece con grupos similares que realizan simulaciones teóricas por ordenador que resultan complementarias para el trabajo que están desarrollando. Otras veces requieren sus servicios grupos experimentales que trabajan en los laboratorios con materiales reales, para quienes resulta imprescindible apoyar sus resultados en la exactitud de los cálculos teóricos. “Nosotros podemos decirles lo que sucede en cada átomo”, apunta el investigador. Para desarrollar estas investigaciones, el Grupo de Física de Nanoestructuras se apoya en la financiación de proyectos nacionales y regionales.

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La cronología de los glaciares de la Cordillera Cantábrica es diferente a la de los europeos

La cronología de los glaciares de la Cordillera Cantábrica es diferente a la de los europeos

La máxima extensión de los glaciares cantábricos fue previa a la que se registró en Europa, según un artículo del Departamento de Geografía de la Universidad de Valladolid

La máxima extensión de los glaciares de la Cordillera Cantábrica durante la última glaciación del planeta no coincide con la de otras masas de hielo de Europa, según los datos publicados en un monográfico de The Geological Society. Investigadores de la Universidad de Valladolid (Uva) han analizado los estudios que existen al respecto y los han plasmado en esta síntesis, junto a dataciones realizadas por ellos mismos en los Picos de Europa y en la Montaña Palentina. Los resultados están más próximos a los registrados en los Pirineos y confirman que la glaciación en la península ibérica tuvo rasgos diferenciales.

“En el momento en el que se registra más frío, los glaciares cantábricos son más cortos pero de un mayor grosor”, comenta Enrique Serrano, investigador del Departamento de Geografía de la UVa. Su hipótesis es que, en una primera etapa todavía relativamente cálida, la cercanía con el océano habría provocado altos niveles de humedad y precipitaciones en forma de nieve, lo cual habría hecho que los glaciares ocupasen una gran extensión, aunque fuesen poco consistentes. Sin embargo, posteriormente aumenta el frío y se reducen las precipitaciones, momento en el que se registra el último máximo glaciar en Europa y la nieve se transforma en hielo formando una capa más sólida, pero de menor extensión.

Último periodo glacial

El último periodo glacial se registró hace 20.000 años, pero este trabajo, en el que también han participado investigadores de la Universidad de Cantabria y de la universidad escocesa de Aberdeen (Reino Unido), sugiere que en la Cordillera Cantábrica la máxima extensión de los glaciares se habría producido antes de 40.000 años.

Habitualmente, los expertos que estudian estos fenómenos utilizan diversas técnicas. Una de las más conocidas es la del carbono 14, que utiliza este isótopo para determinar la edad de los materiales. La materia orgánica que los investigadores encuentran en antiguos lagos (paleolagos) también permite establecer correlaciones temporales, ya que determinadas formas de vida necesitan condiciones climáticas muy determinadas para desarrollarse.

Por otra parte, el trabajo de campo es esencial. Los sistemas de información geográfica (SIG) y la fotointerpretación ayudan a entender lo que no se aprecia a simple vista. Por ejemplo, “podemos calcular la línea de equilibrio del glaciar, es decir, el momento en el que dejaba de acumular hielo y empezaba a fundirse”, teniendo en cuenta la topografía y utilizando modelos digitales del terreno. Hoy en día existe un programa preciso, desarrollado en la Universidad de Aberdeen por Ramón Pellitero, doctor por la Universidad de Valladolid.

El 'Jou Negro', helero de los Picos de Europa

El ‘Jou Negro’, helero de los Picos de Europa

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Un modelo matemático anticipa la formación de glóbulos rojos

Un modelo matemático anticipa la formación de glóbulos rojos

La Universidad de Valladolid colabora en una investigación conjunta para calcular cómo el organismo recupera eritrocitos ante una anemia

Dado que las matemáticas son el lenguaje del Universo, ¿se podría modelizar la naturaleza? La biomatemática trata de dar respuesta a esta pregunta, representando y modelizando procesos biológicos, tanto macros, como el comportamiento demográfico de poblaciones, como micros, como la reproducción de células cancerígenas. Recientemente, un equipo de la Universidad de Valladolid (UVa), en colaboración con la Universidad de Lyon I – Claude Bernard, he mejorado un modelo matemático para anticipar la formación de glóbulos rojos. Esta investigación es relevante para conocer la recuperación de procesos como la anemia, en la que se produce una disminución problemática de estos eritrocitos, como también son conocidas las células sanguíneas portadoras de oxígeno.

La eritropoyesis es el proceso de creación de estos eritrocitos. Sucede en la médula ósea, en el interior de los huesos planos y largos. Existen modelos matemáticos desde hace treinta años que tratan de explicar los mecanismos reguladores de un proceso muy complejo: las producción de glóbulos rojos es constante y el organismo la debe controlar según sus necesidades. Si sucede un episodio de anemia, los riñones lanzan un factor de crecimiento llamado eritropoyetina (EPO) y permite que el porcentaje de los hematíes, otro nombre de los glóbulos rojos, se recupere hasta los valores medios.

Estos modelos matemáticos han ido ganando complejidad con el tiempo. El análisis numérico y la biología avanzan progresivamente gracias a los nuevos conocimientos generados, y ambos representan las dos piernas sobre las que caminan las biomatemáticas. “Es el modelo matemático más complejo al que nos hemos enfrentado”, explica Óscar Angulo, responsable de la investigación. El grupo de investigación de la UVa dispone de personal procedente del Departamento de Matemática Aplicada y se dedican al análisis numérico y ecuaciones en derivadas parciales. “Aquí nos enfrentamos a un problema no lineal y no local de valor inicial y frontera en el ámbito de las ecuaciones en derivadas parciales acoplado con sistemas dinámicos, que debimos resolver”.

 

Modelo antes de la experimentación

El equipo investigador recaba datos de la vida real que sirven para chequear la eficiencia de modelos desarrollados previamente. Este proceso de validación les ha llevado a colaborar con un laboratorio de biología celular de Lyon. El grupo francés está interesado en conocer la formación de glóbulos rojos. En las últimas fechas, ambos han publicado resultados sobre una investigación conjunta en las revistas científicas Journal of Theoretical Biology y Journal of Computational and Applied Mathematics.
 
En condiciones controladas, se indujo diferentes niveles de anemia a ratones de experimentación y se les controló el hematocrito, la tasa de globulos rojos en la sangre, los días sucesivos. Las observaciones realizadas por los biólogos lioneses y los resultados del modelo matemático desarrollado conjuntamente encajaban en las gráficas con gran precisión. Gracias a este avance, la evolución de los eritrocitos dentro de un cuerpo podría explicarse con ecuaciones de una manera más exacta. Como cualquier paso dado de investigación fundamental, el trabajo se ha realizado en un modelo animal y la traslación a casos humanos es todavía bastante lejana.

Matemática aplicada

El grupo de investigación reconocido de la UVa tiene casi treinta años de experiencia en desarrollos de matemáticas aplicadas a la vida. Su impulsor inicial, el catedrático Juan Carlos López Marcos, publicó el primer trabajo sobre modelos que explicaban el impulso nervioso a finales de la década de los 80. “Tratamos de resolver modelos y de realizar el análisis numérico de los métodos, pero también estamos interesados en la aplicabilidad de estos trabajos matemáticos. A través de fórmulas se pueden explicar sucesos biológicos en diferentes escalas, desde el comportamiento de plagas, o la evolución de poblaciones de animales, vegetales o humanos, a procesos biológicos internos”, resume el doctor Angulo. Las ciencias naturales tienen en las matemáticas la gramática de ese lenguaje en el que está escrito el Universo.

 

Bibliografía

Ó. Angulo, O. Gandrillon, F. Crauste. ‘Investigating the role of the experimental protocol in phenylhydrazine-induced anemia on mice recovery’. Journal of Theoretical Biology. 437 (2018) 286-298. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.10.031

Ó. Angulo, F. Crauste, J.C. López Marcos. ‘Numerical integration of an erythropoiesis model with explicit growth factor dynamics’. Journal of Computational and Applied Mathematics. 330 (2018) 770-782. https://dx.doi.org/10.1016/j.cam.2017.01.033

 

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La aplicación de inteligencia artificial mejora la eficiencia de las energías renovables

La aplicación de inteligencia artificial mejora la eficiencia de las energías renovables

La Universidad de Valladolid estudia la medición inteligente de redes eléctricas. Investigadores de Ingenierías Agrarias de Soria publican un artículo en la revista Applied Sciences

Investigadores de la Escuela Universitaria de Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Bioenergía Soria de la Universidad de Valladolid (Uva) estudian la medición inteligente en redes eléctricas. Aplicar la inteligencia artificial al sistema eléctrico es de gran importancia para aprovechar el potencial de las energías renovables y para hacer viable el nuevo modelo de generación distribuida, con muchas más puntos de producción de energía, que comienza a ser una realidad.

En colaboración con la Universidad del País Vasco y con el Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER), ubicado en la localidad soriana de Lubia y adscrito al Departamento de Energía del CIEMAT, el profesor Luis Hernández Callejo ha publicado un artículo en la revista científica Applied Sciences que repasa la situación actual y las tendencias en este campo, que aspira a integrar la inteligencia artificial en las redes eléctricas para lograr una mayor eficiencia.

El modelo eléctrico clásico se basa en puntos de generación alejados del consumidor, centrales de gran potencia que pueden estar a cientos de kilómetros, de manera que en el transporte se registran importantes pérdidas para el sistema. Frente a este modelo, la generación distribuida consiste en muchos más puntos de producción, más cercanos al consumidor y de menor potencia, un sistema adecuado para aprovechar los recursos locales como el sol o el viento y que en teoría debería registrar menos pérdidas y ser más eficiente.

Este nuevo paradigma está directamente relacionado con el surgimiento de las energías renovables y la posibilidad de contar con pequeñas microrredes autogestionadas localmente. Sin embargo, “tener más puntos de generación complica la gestión y la monitorización”, explica Luis Hernández. Además, otra cuestión por resolver es el almacenamiento de energía en este sistema. En un futuro se espera poder realizar una “gestión activa de la demanda” que pueda optimizar la producción y distribución de electricidad.

En cualquier caso, el primer paso es medir correctamente lo que sucede en el sistema eléctrico. Por eso, el objetivo de este trabajo era analizar el estado del arte centrándose en la medición inteligente o smart metering y los proyectos que existen en este ámbito. Tal y como han comprobado los investigadores, la mayoría de las compañías utilizan la tecnología Power Line Communications (PLC), que permite aprovechar la red eléctrica para transmitir datos.

Por el momento, de acuerdo con los resultados del estudio, la mayoría de las empresas se están limitando a utilizar los medidores para tareas de facturación, pero las posibilidades son mucho más amplias. “Está previsto que sirvan para muchas más tareas, como el control de la generación y el almacenamiento distribuido, ya que esta tecnología puede dar órdenes relacionadas con los precios para reducir costes”, apunta el experto. “Las telecomunicaciones han invadido el sistema eléctrico pero los cambios son lentos”, agrega.

En la actualidad, se registran muchos picos en la curva de la demanda de energía eléctrica en función de circunstancias puntuales que complican y encarecen la producción. Abaratar el mercado supone un gran reto tecnológico que se puede abordar por medio de la inteligencia artificial, que realice una previsión de la demanda y una programación de la misma, enviando órdenes a los distintos elementos involucrados en la red.

Consumidores y productores

El modelo se encamina hacia una fusión del consumidor y del productor, lo que ya ha generado un nuevo término, prosumidor o prosumer, una bidireccionalidad que se aplica en éste y en otros campos de la economía. Un mismo punto genera y consume energía y mantiene a la red constantemente informada.

Para estudiar todas estas cuestiones, la Universidad de Valladolid y el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas), del Ministerio de Economía y Competitividad, han creado una unidad mixta de investigación. Esta unión permitirá que los investigadores profundicen en un campo complejo de la tecnología, pero que tiene una aplicación real e inmediata.

El futuro en este ámbito de trabajo es prometedor y las compañías eléctricas necesitan apoyarse, cada vez más, en expertos en informática y telecomunicaciones. De hecho, “las ciudades inteligentes se sustentan en la eficiencia energética, en hacer lo mismo con menos recursos y para ello son necesarias las redes inteligentes”, afirma Luis Hernández. Además, la investigación debe comenzar, precisamente, por la medición: “No se puede conseguir una mayor eficiencia si no somos capaces de medirla”, asegura.

Acuerdo con dos universidades colombianas

A este respecto, durante 2017, el responsable del grupo de investigación ha firmado un acuerdo marco con la Pontificia Universidad Javeriana de Cali y la Universidad del Valle, ambas en Cali (Colombia), para la integración de estas fuentes renovables y redes eléctricas.

 

Bibliografía

Noelia Uribe-Pérez, Luis Hernández, David de la Vega and Itziar Angulo. State of the Art and Trends Review of Smart Metering in Electricity Grids. Applied Sciences. 2016, 6(3), 68; doi:10.3390/app6030068