Investigaciones USACH

¿Es Campylobacter spp un patógeno emergente en Chile?

Nombre de la investigación: ¿Es Campylobacter spp un patógeno emergente en Chile?: Estudio exploratorio de prevalencia y susceptibilidad antimicrobiana en el sistema público de salud. Investigadora a cargo: Dra. Verónica Bravo. Departamento: Escuela de Medicina. Tipo de proyecto: DICYT REGULAR. Resumen del proyecto: Las zoonosis bacterianas de transmisión alimentaria constituyen un importante problema de salud pública a nivel mundial, afectando tanto a países desarrollados como en vías de desarrollo. En este contexto, Campylobacter spp., patógeno zoonótico de transmisión alimentaria, es la causa más frecuente de cuadros gastrointestinales de origen bacteriano a nivel mundial (cerca de un 25% de los casos de gastroenteritis aguda). Si bien los niveles de mortalidad asociados a este patógeno zoonótico son bajos (<0.01% a 8.8%), las infecciones por Campylobacter son consideradas un importante problema de salud pública debido a los altos índices de morbilidad a nivel mundial. Sumado a lo anterior, recientemente la Organización Mundial de la Salud (OMS), ha incorporado a Campylobacter spp en la lista de los 12 patógenos prioritarios debido a la aparición de resistencia a los antimicrobianos que se usan frecuentemente para su tratamiento. En nuestro país, existe un alto porcentaje de los cuadros de gastroenteritis aguda en pacientes adultos y pediátricos en los que no se logra llegar a un diagnóstico definitivo. El hecho que dichos casos no posean un diagnóstico diferencial denota una falta de información sobre los patógenos que actualmente afectan a la población chilena. En cuanto a Campylobacter spp., en Chile existe escasa información respecto a la epidemiología de este enteropatógeno. Esto se debe principalmente a que los protocolos de diagnóstico actuales subestiman la carga real de la enfermedad. Por las razones antes planteadas, nuestra investigación busca comprender la epidemiologia, formas de transmisión, mecanismos de virulencia y resistencia de Campylobacter spp. En este contexto, actualmente estamos enfocados en determinar la frecuencia de aislamiento y diversidad genética de este patógeno en pacientes pediátricos que cursan un cuadro gastrointestinal agudo en el Hospital Dr. Roberto del Río. Adicionalmente, cada cepa es caracterizada en términos de sus perfiles de virulencia y resistencia a antimicrobianos más comúnmente usados para el tratamiento de campylobacteriosis. Tras los primeros años de investigación, los resultados de este estudio han entregado información valiosa respecto a la epidemiología de este patógeno bacteriano. En términos generales, la introducción de una búsqueda activa y específica de este agente ha permitido duplicar el rendimiento general del coprocultivo en el hospital Dr. Roberto del Río, pasando Campylobacter spp a ser la principal etiología bacteriana de diarrea aguda en el Hospital. Las cepas aisladas presentan una alta diversidad genética y pertenecen principalmente a linajes generalistas y de origen aviar. Paralelamente hemos logrado determinar que existen altos porcentajes de resistencia a fluoroquinolonas mientras que no se detectaron determinantes de resistencia asociados con la resistencia a macrólidos en las cepas analizadas. Finalmente, aislar Campylobacter spp y estudiar su variabilidad genética nos ha permitido comprender mejor la epidemiología de este patógeno lo que aportará información relevante en la elaboración de sistemas de control efectivos e integrados para reducir el impacto de la campylobacteriosis en nuestro país.

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Magnitud y duración de la respuesta inmune humoral frente a la exposición natural a SARS-CoV-2 o a las vacunas administradas en Chile

Nombre de la investigación: Magnitud y duración de la respuesta inmune humoral frente a la exposición natural a SARS-CoV-2 o a las vacunas administradas en Chile en adultos con riesgo cardiovascular atendidos en atención primaria: estudio de cohorte prospectivo. Investigadora a cargo: Dra. Vivienne Bachelet. Departamento: Escuela de Medicina. Tipo de proyecto: FONIS. Resumen del proyecto: En diciembre de 2019 surge un nuevo virus (SARS-CoV-2) que provoca cuadros graves de neumonía en humanos (COVID-19) y que se propaga rápidamente, resultando en una pandemia de consecuencias devastadoras. Chile activó dispositivos de detección, aislamiento precoz de los casos sospechosos y mandató medidas de distanciamiento físico. Además, se gestionó el abastecimiento de vacunas y un rápido proceso de inmunización, estableciendo grupos prioritarios según riesgo de exposición y complicación. En paralelo, la OMS lanzó la iniciativa WHO UNITY Studies, buscando estandarizar métodos para estudios epidemiológicos, moleculares y serológicos, facilitar la comparación entre países y aumentar el conocimiento sobre COVID-19. Problema detectado: Limitaciones en el conocimiento sobre la dinámica y significación clínica de la respuesta humoral humana contra el SARS-CoV-2; desconocimiento de la magnitud y duración de la respuesta inmune generada por exposición a vacunas o a COVID-19; poca información acerca de la seroprevalencia de anticuerpos anti SARS-CoV-2 en nuestra población y en poblaciones específicas; necesidad de levantar información de la inmunidad humana ante el surgimiento de nuevas variantes de SARS-CoV-2. Solución: Proponemos la conformación de una cohorte de adultos con riesgo cardiovascular y patologías crónicas cardiovasculares que son controlados en la red de atención primaria del Servicio de Salud Metropolitano Sur. Estado del arte: Los coronavirus (CoV) son virus RNA presentes en animales. En lo que va del siglo 21 han aparecido tres CoV causantes de enfermedad en humanos. El gold standard para detectar SARS-CoV-2 es la reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa inversa (RT-PCR) realizado en muestras de hisopados nasofaríngeos. Existen pruebas en sangre para detectar anticuerpos anti SARS-CoV-2 (IgM, IgG, IgG neutralizantes, entre otros). Las pruebas serológicas cumplen un rol fundamental para comprender la carga de enfermedad a nivel poblacional y el rol de las infecciones asintomáticas. Existe evidencia de la existencia de un mecanismo de neutralización viral generada por anticuerpos dirigidos a proteínas específicas del virus. La medición de esta respuesta es clave para evaluar la respuesta inmune que se desarrolla frente a las vacunas. Existen varios tests para medir anticuerpos IgG anti SARS-CoV-2 en sangre, con diferentes sensibilidades y especificidades. Hipótesis o supuestos de investigación: La presencia de anticuerpos IgG anti SARS CoV 2 neutralizantes se asociarían con protección frente a las manifestaciones del COVID 19 y estos anticuerpos serían detectables incluso durante un período de seguimiento de un año. Objetivo general: Determinar la presencia, magnitud y duración de los niveles de anticuerpos IgG contra el SARS CoV 2 en adultos con riesgo cardiovascular asociado a diabetes e hipertensión no complicadas y otras patologías que se controlan en el programa de salud cardiovascular, y que refieren exposición natural a SARS CoV 2 (virus en estado de diseminación intracomunitaria) o a vacuna/s recibida/s en el marco del programa de inmunización activa implementada en el país para combatir la epidemia por el nuevo coronavirus. Diseño metodológico: Cohorte prospectiva con base comunitaria. Aplicabilidad de los resultados: La solución propuesta generará conocimientos para informar decisiones relacionadas con el manejo de la pandemia por SARS CoV 2 en Chile y que podrían ser generalizables a otros países.

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¿Envejecimiento saludable?: Aproximaciones normativas y filosóficas para un enfoque integral sobre el envejecimiento

Nombre de la investigación:¿Envejecimiento saludable?: Aproximaciones normativas y filosóficas para un enfoque integral sobre el envejecimiento Investigadora a cargo: Dra. Diana Aurenque. Departamento: Filosofía. Tipo de proyecto: FONDECYT REGULAR. Resumen del proyecto: Especialmente producto de la pandemia por COVID-19 ha quedado expuesta la vulnerabilidad que implica la vejez, y el desafío que conlleva pensar esta etapa como un problema ético de primer orden. Pues la vejez posee una particularidad que no tiene ninguna otra etapa: la aparición de enfermedad le es inherente. Antes de la pandemia, ya se había detectado el envejecimiento demográfico como uno de los grandes desafíos que afronta la medicina contemporánea. La Organización Mundial de la Salud (OMS) impulsa desde 2005 que el concepto de “envejecimiento saludable” se instaurare en los programas sanitarios de las naciones, por ello Chile ha establecido el envejecimiento como área prioritaria de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID). Sin embargo, debido a los nuevos conocimientos biológicos sobre el envejecimiento es discutible hasta qué punto la sola distinción entre vejez y enfermedad es sostenible. En ese sentido, no queda claro bajo qué perspectiva podemos hablar de “envejecimiento saludable”. Se observa una creciente necesidad, no solo por parte de la medicina, sino por una serie de otras disciplinas y actores, por generar un enfoque integral que aborde la relación entre vejez y salud en toda su complejidad. Aquel interés implica no solo describir aspectos médicos generales acerca del envejecimiento y su relación con la salud, sino también exponer sus aspectos filosóficos, teóricos y normativos implícitos – de lo cual existen pocas investigaciones. La presente investigación se enfoca en la pregunta central: ¿Cuáles son los supuestos normativos implícitos en la noción de “envejecimiento saludable”, a sabiendas de la heterogeneidad del fenómeno, y cómo es posible sustentar un enfoque integral del concepto? El objetivo general de la investigación es compuesto, aunque complementario y busca: a) identificar los fundamentos normativos y filosóficos tras el concepto de “envejecimiento saludable” propuesto por la OMS para con ello, b) precisar sobre la tensión teórica que existe entre los conceptos de vejez y salud, poniendo especial atención en teorías de la salud contemporáneas, filosofías de la vejez y las ciencias biológicas sobre el envejecimiento (biogerontología y gerociencia); y así,c) proponer un planteamiento que, teniendo por fundamento la articulación de aspectos propios de la filosofía de la medicina, de la ética médica, así como de los nuevos conocimientos biológicossobre el envejecimiento, pueda ofrecer un enfoque integral para comprender el fenómeno de la vejez en su complejidad, y que pueda ser difundido tanto en debates de opinión pública como también utilizado como herramienta científica en la comunidad de expertos. Metodología: La investigación explora la temática planteada con recursos interdisciplinarios, especialmente de la filosofía de la medicina y de la ética, pero también de la ética médica y bioética, de la gerociencia y la biogerontología, así como de la literatura, el cine y el arte. El método concreto del trabajo es filosófico, y consistirá principalmente en el análisis y la discusión crítica de planteamientos, en la interpretación de textos clásicos tanto de filosofía como de otros textos relevantes de bioética, medicina y ciencias biológicas del envejecimiento, así como de la incorporación del método fenomenológico-hermenéutico, cuando corresponda. También se incorporarán elementos interdisciplinarios propios de las colaboraciones con el prestigioso Centro Gerociencias, Salud Mental y Metabolismo (GERO) y de las demás colaboraciones internacionales y nacionales mencionadas en el proyecto. Resultados esperados: El trabajo busca ofrecer una aproximación filosófica y normativa sobre la relación entre salud y vejez, que permita no solo fundamentar críticamente conceptos vigentes en salud pública, sino en lo posible, ofrecer un enfoque más integral para entender a la vejez y su relación con la salud. Estos resultados se materializarán en artículos indexados (WoS/Scopus), al menos 2 por año; reuniones de trabajo y difusión con los colaboradores, una monografía, así como en material de difusión para la comunidad no experta.

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Descubriendo el potencial promotor de la salud de las bebidas fermentadas tradicionales de Chile

Nombre de la investigación: Descubriendo el potencial promotor de la salud de las bebidas fermentadas tradicionales de Chile: evaluación de las modificaciones inducidas por la fermentación/digestión sobre el perfil químico, la capacidad antioxidante y las actividades farmacológicas de las materias primas vegetales. Investigador a cargo: Dr. Javier Echeverría. Departamento: Ciencias del Ambiente. Tipo de proyecto: FONDECYT REGULAR. Resumen del proyecto: Las bebidas fermentadas (BFs) son parte integral de la dieta y la cultura de América del Sur, formando una tradición ininterrumpida desde la época prehispánica hasta la actualidad. Sin embargo, a pesar de su uso generalizado y los numerosos efectos medicinales que tradicionalmente se han atribuido a las BFs, tanto su química como su bioactividad han sido poco explorada. En este contexto, el presente proyecto tiene como objetivo evaluar los cambios en la composición fenólica y bioactividad de las materias primas vegetales (MPVs), antes y después de la fermentación con Saccharomyces cerevisiae y/o digestión gastrointestinal in vitro. Para abordar adecuadamente la variedad botánica y geográfica de especies vegetales utilizadas para la elaboración de FB, la investigación propuesta se enfocará en tres zonas geográficas y sus MPVs más representativas, es decir, norte (chañar, algarrobo y pimiento), centro (huingán, molle y palma chilena) y sur de Chile (maqui y pehuén). Los extractos acuosos (MPVsH2O) de estos MPVs serán sometidos a una fermentación corta con S. cerevisiae, de acuerdo con el proceso tradicional y con el fin de establecer un protocolo de fermentación optimizado aplicable a las MPVs nativas bajo investigación. Con base en la evidencia existente sobre biotransformaciones inducidas por fermentación de metabolitos vegetales y con el objetivo de determinar los perfiles fenólicos de las MPVsH2O iniciales y de los productos de su fermentación (FMPVs), análisis químicos cualitativos y cuantitativos [determinación de fenoles totales (TPC) , contenido de flavonoides totales (TFC) y antocianinas totales (TAC), perfiles de HPLC-DAD-FLD y UHPLC-MS, análisis de redes moleculares mediante LC-HPMS/MS] en ambos tipos de extractos. Además, dadas las modificaciones químicas que se producen durante la digestión y sus efectos sobre la salud humana, las MPVsH2O y FMPVs serán sometidas a digestión gastrointestinal in vitro siguiendo el modelo estático INFOGEST® y se realizarán los análisis químicos antes mencionados a los extractos resultantes (DMPVg, DMPVi, DFMPVg y DFMPVi) con el fin de determinar el efecto de la digestión gastrointestinal in vitro sobre el perfil fenólico de los MPVsH2O y FMPVs. También se realizarán varios ensayos in vitro a todos los extractos (MPVsH2O, FMPV, DMPVg, DMPVi, DFMPVg y DFMPVi) con el objetivo de evaluar el efecto de la fermentación y/o digestión gastrointestinal in vitro sobre las actividades farmacológicas de los MPVs iniciales. En este contexto, se evaluarán los cambios inducidos por fermentación y/o digestión en la capacidad antioxidante y la inhibición in vitro de enzimas asociadas al síndrome metabólico, como: α-glucosidasa, α-amilasa y lipasa pancreática. Finalmente, a cada extracto se le evaluará el efecto sobre la actividad citotóxica in vitro frente a las líneas celulares de cáncer humano SNU-16 (gástrico), Panc1 (páncreas) y Caco-2 (colon). Se prevé que la investigación propuesta proporcione evidencia científica robusta que permita validar si la fermentación y la digestión gastrointestinal in vitro dan como resultado cambios en el perfil químico de los extractos iniciales de frutos nativos chilenos y si estas modificaciones están asociadas con un aumento en la capacidad antioxidante, bioaccesibilidad, biodisponibilidad y actividades farmacológicas contra el síndrome metabólico y el cáncer gastrointestinal.

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Integrated technologies for the treatment and reuse of greywater

Nombre del proyecto: Integrated technologies for the treatment and reuse of greywater. Investigador a cargo: Esteban Quijada. Departamento: Ingeniería Química. Tipo de proyecto: PIA (Programa de Investigación Asociativa). Resumen del proyecto: El presente proyecto plantea la reutilización completa de las aguas grises con diversos fines domésticos coordinando la incorporación de tecnologías de membranas y electroquímica para diseñar sistemas domésticos de tratamiento de aguas grises descentralizados y efectivos. Se conoce como aguas grises a las aguas residuales domésticas producidas en los hogares o edificios públicos en función de corrientes sin contaminación fecal, en otras palabras, todas las corrientes exceptuando las aguas residuales de inodoros. Se consideran como aguas grises las descargas de fregaderos, duchas, bañeras, lavadoras o lavavajillas, y los principales contaminantes que se pueden encontrar en este tipo de aguas residuales corresponden a los componentes de espumas de ducha, jabón, aceites y grasas, colorantes, microorganismos, sales y suciedad. La finalidad fundamental de este proyecto es la incorporación de tecnologías de membrana, procesos electroquímicos, y techos y muros verdes, los cuales posibiliten el tratamiento y reutilización íntegra de aguas grises en forma de operación continua. En ese marco, este proyecto se ha formulado considerando cuatro equipos de investigación multidisciplinarios, los cuales trabajarán sinérgicamente a fin de ejecutar el objetivo principal. Estos equipos serán: Materiales y Procesos de Membranas (MatPro), Tratamiento Electroquímico de Aguas Grises (EChem), Sistemas Domésticos de Tratamiento de Aguas Grises (HSys) y Análisis de Ciclo de Vida e Impacto Ambiental (LCA&EI). En tanto, la caracterización de aguas, el prototipado y las actividades de difusión y divulgación se desarrollarán por equipos de soporte los cuales serán parte de esta propuesta.Esta proposición aspira a fundar una red nacional e internacional focalizada en dos objetivos principales: 1) fomentar el trabajo multidisciplinar para examinar aspectos técnicos y ambientales de soluciones a fin de rescatar las aguas grises basada en tecnologías integradas; y 2) favorecer la participación internacional por medio de acciones de investigación simultáneo acerca del tratamiento y reutilización de aguas grises para efectuar la creación de recursos humanos con una perspectiva holística con respecto a las consecuencias del cambio climático desde los aspectos científicos hasta las políticas públicas. Asimismo, cabe resaltar que las actividades de difusión y divulgación serán esenciales en este proyecto. Estas ideas se realizarán en todo momento con la participación de todos los equipos científicos y de soporte de esta propuesta. Se espera impulsar, mediante el trabajo en conjunto entre grupos de diversas especialidades, establecimiento y países, la creación de una plataforma orientada en una perspectiva holística acerca del efecto del cambio climático en la escasez de agua y sus consecuencias

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Incidence of biofiltration processes on the removal of pharmaceutical and personal care products

Nombre del proyecto: Incidence of biofiltration processes on the removal of pharmaceutical and personal care products from domestic wastewater. Investigadora a cargo: Dra. Cristina Villamar. Departamento: Ingeniería en Obras Civiles (Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria en Ciencias y Tecnología del Agua Ko-Yaku). Tipo de proyecto: FONDECYT INICIACIÓN. Resumen del proyecto: Los productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) provenientes de residuos líquidos domésticos están teniendo relevancia debido a su pseudo persistencia y potenciales problemas a la salud humana y riesgo al ambiente acuático. La biofiltración es el proceso más utilizado para tratar residuos líquidos domésticos rurales; sin embargo, su impacto en la eliminación de PPCP se ha evaluado solo en algunos procesos (p. ej., “humedales construidos”). Por tanto, no se han comparado tipologías de biofiltración ni se han estudiado nuevos procesos de biofiltración (biofiltración híbrida). Así, el objetivo de esta propuesta de investigación es evaluar la incidencia de los procesos de biofiltración en la remoción de PPCPs de residuos líquidos domésticos. La metodología se estructuraría en 4 objetivos específicos relacionados con a) establecer la composición típica de los PPCP de residuos líquidos domésticos locales, b) determinar las condiciones óptimas de los procesos de biofiltración e c) identificar la función, y d) los mecanismos involucrados a nivel espacio-temporal con respecto a la remoción de PPCPs dentro de los procesos de biofiltración. El cumplimiento del objetivo 1 podría llevarse a cabo a través de la caracterización fisicoquímica de los PPCP dentro de Plantas de Tratamiento de Residuos Líquidos Domésticos (PT-RLD) rurales locales a escala espacial y temporal. El objetivo 2 se llevaría a cabo mediante 3 tipos de ensayos: adsorción, compatibilidad e hidráulico. El ensayo de adsorción podría evaluar el tamaño óptimo del material (capa activa), utilizando concentraciones promedio reales de al menos 3 PPCPs (el más polar, el más lipofílico y el de mayor riesgo ambiental). Se podrán realizar ensayos de compatibilidad sobre materiales no inertes (orgánicos), donde se podrá determinar su concentración óptima respecto a efectos no observados sobre plantas y lombrices. Finalmente, se realizarían ensayos hidráulicos para establecer las condiciones hidráulicas óptimas de los biofiltros, evaluando la conductividad hidráulica y el taponamiento a tasas hidráulicas de 0,5 a 3 m3/m2-día. Los objetivos 3 y 4 evaluarían la función y los mecanismos involucrados dentro del tratamiento de PPCP en biofiltros. Un modelo experimental basado en el seguimiento de 3 tipos de biofiltros híbridos (T0 = biofiltro, T1 = “vermifiltro”, T2 = “humedal artificial” y T3 = biofiltro híbrido) y cada uno con al menos 2 tipos de materiales (convencional/no convencional) podría ser estudiado. Cada biofiltro estaría compuesto por 3 capas (activa, de transición y de soporte), donde la capa activa podría ser de al menos un material convencional y no convencional de origen orgánico y/o inorgánico. Tanto la escala temporal como la espacial podrían ser consideradas dentro de este estudio. El monitoreo espacial de los biofiltros podría llevarse a cabo mediante la determinación del contenido de PPCP (medios filtrantes, efluentes de residuos líquidos domésticos) dentro de cada capa. El seguimiento temporal será anual. Finalmente, se medirá el contenido de PPCP en plantas, lombrices de tierra, medios filtrantes y residuos líquidos domésticos. En el objetivo 1, el proyecto extendió su marco de acción monitoreando además contaminantes emergentes microbiológicos, incluyendo la detección e identificación de SARS-CoV-2, Norovirus G1 y G2 y Hepatitis A, apoyados por el Dr. Aldo Gaggero de la Universidad de Chile. Los resultados esperados de la presente propuesta de investigación se describen de acuerdo con los objetivos mencionados. a) El objetivo 1 establecería preliminarmente la composición típica de los PPCPs residuos líquidos domésticos rurales locales, incluyendo carga viral incluyendo SARS-CoV-2. Además, el monitoreo dentro de las PT- RLDs locales determinaría si las PT-RLDs actuales tienen la función de eliminación de PPCPs, siendo también factible observar cómo se comportan en condiciones reales algunas tecnologías de biofiltración (por ejemplo, vermifiltros, humedales construidos) instaladas. El objetivo 2 delimitaría los criterios de desempeño óptimo de los procesos de biofiltración, lo que podría facilitar la comprensión del potencial de cada componente (biótico/abiótico) en la elimiación de PPCPs. Finalmente, los objetivos 3 y 4 identificarían la función de cada tipo de biofiltro respecto a la eliminación de PPCPs. Además, el estudio temporal y espacial de los mecanismos involucrados dentro de cada tipo de biofiltro, definiría el nivel de contribución de cada componente (biótico/abiótico) bajo sus diferentes variantes y esto abordaría un modelo cinético de completo respecto a la eliminación de PPCPs. Durante el desarrollo de la presente propuesta de investigación se han venido generado publicaciones WOS, y actualmente ya se han publicado 7 artículos y al menos 4 más en revisión. Respecto a difusión, el proyecto que termina este año, realizará 2 actividades de difusión científica en la Universidad, uno con los integrantes del proyecto y otra invitando al profesor Carlos Arias de la Universidad de Aarhus. Durante todo el proyecto, hemos asistido a 6 congresos nacionales e internacionales y a ferias científicas de Explora-ANID y la USACH. Hemos generado estrecha colaboración con el profesor Victor Guerrero de la Escuela Politécnica Nacional del Ecuador, Lisiane Santos de la Universidad Federal de Sergipe de Brasil y trabajado con otros investigadores de la USACH. Este proyecto ha sido desarrollado con el Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria de Ciencias y Tecnología del Agua Ko-Yaku, del cual la investigadora responsable de este proyecto es integrante y que pertenece al Departamento de Ingeniería en Obras Civiles.

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Impact of oat husk-derived biochar in the anaerobic mono-digestion of swine manure and slaughterhouse wastewater

Nombre del proyecto: Impact of oat husk-derived biochar in the anaerobic mono-digestion of swine manure and slaughterhouse wastewater: Microbial community and techno-economic analysis. Investigadora a cargo: Dra. Jhosané Pagés Díaz. Departamento: Ingeniería Química. Tipo de proyecto: FONDECYT INICIACIÓN. Resumen del proyecto: En Chile, solo el 0,3% de la matriz energética primaria proviene del biogás. Sin embargo, existe una gran cantidad de residuos biodegradables generados por las actividades agroindustriales que actualmente no se aprovechan y que pueden usarse para la producción de biogás, especialmente los derivados de la industria cárnica. El estiércol porcino es principalmente una mezcla de heces, orina y agua con una alta concentración de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, potasio y algunos metales pesados, lo que provoca desequilibrio ecológico, eutrofización y desoxigenación en cuerpos de agua con una cantidad considerable de gases de efecto invernadero. Otro de los residuos típicos generados por la industria cárnica son las aguas residuales de los mataderos. Los efluentes de mataderos se caracterizan por su composición compleja debido a los altos niveles de materia orgánica, grasas, sangre, fibras, rumen, proteínas, nutrientes, patógenos y detergentes utilizados para las actividades de limpieza, siendo hoy en día una gran preocupación por la gran cantidad de efluentes generado. Para hacer frente a estos residuos, la digestión anaeróbica (DA) se ha propuesto como una solución adecuada para reducir la contaminación ambiental y, al mismo tiempo, proporcionar energía en forma de biogás. Sin embargo, debido al alto contenido de proteínas y lípidos en estos materiales, su utilización a escala industrial a menudo se ve limitada por largos períodos de adaptación, largos tiempos de retención, actividad microbiana reducida e inhibición debida al nitrógeno y a los ácidos grasos volátiles de cadena larga (LCFA), lo que con lleva a varios problemas operativos con un impacto significativo en el costo, la economía y la eficiencia del proceso. El biochar es un material que se puede producir a partir de una amplia variedad de materias primas de bajo costo a través del proceso de pirólisis y ha demostrado tener un gran potencial para mejorar el proceso de DA debido a su capacidad de intercambio catiónico y su alta porosidad que se puede utilizar como vehículo para el enriquecimiento microbiano promoviendo la transferencia de electrones entre especies. Sin embargo, la mayoría de los estudios se han centrado en lodos de depuradora o sustratos fáciles de degradar en comparación con las proteínas y los lípidos. La adición de biochar a la DA de materiales ricos en proteínas y lípidos ha recibido poca atención y, de hecho, puede ser una opción prometedora para superar los problemas planteados por el amoníaco y los LCFA. Este proyecto propone evaluar el impacto de biochar de cáscara de avena en la mono-digestión anaeróbica de estiércol porcino y aguas residuales de mataderos en términos de producción de metano, biodegradación, estabilidad a largo plazo, comunidad microbiana, así como la viabilidad económica de la propuesta. Con base en los antecedentes anteriores y en los problemas no resueltos relacionados con la digestión anaeróbica, las principales hipótesis de trabajo propuestas son: Hipótesis 1: si se establecen las dosis y el tamaño de partícula adecuados de biochar de cáscara de avena, entonces será posible aumentar la producción de metano y la eficiencia de eliminación de DQO de la mono-digestión anaerobia de purines porcinos y aguas residuales de matadero en al menos un 30% y un 60%, respectivamente. Hipótesis 2: El uso de biochar de cáscara de avena en la operación a largo plazo de los reactores UASB que tratan el estiércol porcino y las aguas residuales de los mataderos puede mejorar la estabilidad y el rendimiento del proceso con una comunidad microbiana más robusta en comparación con un sistema sin adición de biochar. Hipótesis 3: El uso de biochar de cáscara de avena en la DA de estiércol porcino y aguas residuales de mataderos puede ser económicamente factible a escala industrial. El tema propuesto es de gran relevancia en el campo de la gestión de residuos, valorización energética y protección del medio ambiente. Estos tres sectores son vitales para el desarrollo sostenible de Chile, contribuyendo a que el país avance hacia una economía baja en carbono, más limpia y circular. Por lo tanto, se debe fomentar la investigación en estos campos.

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Environmental persistence and impact of antibiotics and antibiotic-resistant microorganisms

Nombre del proyecto: Environmental persistence and impact of antibiotics and antibiotic-resistant microorganisms from rural domestic wastewater in Chile. Investigadora a cargo: Dra. Ángela Plaza. Departamento: Ingeniería en Obras Civiles. Tipo de proyecto: FONDECYT POSTDOCTORADO. Resumen del proyecto: En los últimos años ha aumentado el uso de antibióticos, lo que ha provocado la preocupación por la generación de bacterias resistentes a los antibióticos, hasta el punto de ser consideradas una de las 10 principales amenazas para la salud mundial, a nivel de salud publica y ambiental. El uso de aguas residuales como fuente de riego e incluso el uso de lodos como abono, contribuyen a la propagación de contaminantes como antibióticos y bacterias resistentes al ambiente. Investigaciones indican que las plantas absorben antibióticos del ambiente generando un riesgo para los seres humano y animales que pueden consumir plantas o vegetales con antibióticos. En el suelo, los antibióticos pueden cambiar la abundancia de microorganismo en la tierra, alterando los procesos biológicos del suelo como la disponibilidad de materia orgánica. El problema de estos contaminantes en las aguas residuales se suma a las capacidades de los diferentes tratamientos que se llevan a cabo en las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAS). El problema de los antibióticos y las bacterias resistentes a los antibióticos influirá en los lodos y en los posibles riesgos para el ambiente. Por lo tanto, esta propuesta estudiará la presencia y permanencia en el ambiente de antibióticos y bacterias resistente a los antibióticos procedentes de aguas residuales domésticas en zonas rurales de Chile. La metodología para llevar a cabo este trabajo se centrará en el monitoreo y muestreo de los antibióticos más consumidos en Chile (amoxicilina, azitromicina, ciprofloxacina, doxiciclina y cefadroxilo) y bacterias resistentes a antibiótico en las PTAS rurales de la Región Metropolitana y Región de Valparaíso. Esta información permitirá evaluar la presencia de antibióticos y bacterias resistentes a los antibióticos en las aguas residuales, lo que también permitirá establecer la efectividad de las tecnologías en la eliminación de antibióticos y bacterias resistentes a los antibióticos. Además, este trabajo nos permitirá determinar la permanencia de los antibióticos y las bacterias resistentes a los antibióticos en el ambiente (ríos, suelo, vegetación) donde se vierten las aguas residuales tratadas. Por último, esperamos evaluar el impacto de los antibióticos en los microorganismos del suelo. Los resultados esperados de esta propuesta se centran en endeterminar la presencia y permanencia de antibióticos y bacterias resistentes a los antibióticos en el medio ambiente (ríos, suelo, vegetación), determinar la eficacia de diferentes tipos de tecnologías (lodos activados, vermifiltros, sistema STAM). El conjunto de estos resultados permitirá la identificación de posibles riesgos para el medio ambiente y la salud pública.

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Modelación fenomenológica comparativa de procesos de desalinización de aguas

Nombre del proyecto: Modelación fenomenológica comparativa de procesos de desalinización de aguas. Investigador a cargo: Dr. Aldo Saavedra. Departamento: Ingeniería Química. Tipo de proyecto: DICYT REGULAR. Resumen del proyecto: El presente proyecto de investigación se relaciona con la disponibilidad de un elemento fundamental para sustentar la vida y las actividades humanas como es el agua. El cambio climático global y las crecientes demandas presionan sobre las fuentes disponibles de agua dulce y plantean la necesidad urgente de buscar otras fuentes, tales como el agua de mar, que permitan producir y/o purificar agua mediante procesos eficientes, estables y a costos razonablemente bajos. En este contexto, se han desarrollado tecnologías basadas en procesos térmicos, de membranas y físicosquímicos. Otras tecnologías, denominadas emergentes, emplean procesos híbridos en los cuales se combinan nuevos materiales, tales como el grafeno, y fuentes energéticas renovables. Actualmente se producen diariamente más de 100 millones de toneladas de agua dulce a partir de aguas saladas y salobres, en nuestro país tales volúmenes han superado las 500.000 toneladas. De lo anterior es que se plantea esta investigación, teniendo como bases una profunda revisión del estado del arte en procesos, materiales, tendencias y costos. Simultáneamente, se realizarán pruebas experimentales seleccionando un proceso térmico y otro de membranas para la desalinización de matrices acuosas. Con los resultados obtenidos se establecerán modelos matemáticos basados en balances de materia, energía y mecanismos de separación. La información obtenida será finalmente procesada empleando matrices de decisión, basadas en aspectos técnicos, costos y ambientales, cuyos resultados permitirán evaluar procesos y tecnologías de purificación de grandes volúmenes de agua

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Estudio teórico y experimental de la transferencia electrónica entre compuestos de Cu(II) y agua

Nombre del proyecto: Estudio teórico y experimental de la transferencia electrónica entre compuestos de Cu(II) y agua: reactividad y dinámica de estados excitados. Investigador a cargo: Dr. Pedro Levin. Departamento: Química de los Materiales. Tipo de proyecto: FONDECYT POSTDOCTORADO. Resumen del proyecto: Esta propuesta de investigación busca explicar el fenómeno de “auto-reducción” observado en compuestos de coordinación geométricamente distorsionados de CuII con ligandos derivados de bipiridina y fenantrolina (Fig. 1) en solventes orgánicos, considerando el agua como la especie oxidada en el proceso de transferencia electrónica. Estas reacciones son relevantes para el desarrollo de materiales para la conversión química de energía y en el área de la química bioinorgánica. Este estudio permitirá comprender los factores que gobiernan la reducción de complejos de CuII , y determinar las diferentes especies reactivas de oxígeno que pueden ser generadas en este tipo de procesos (•OH, H2O2 u O2). Para desarrollar esta investigación, combinaremos estudios teóricos con la síntesis y caracterización de nuevos complejos de CuII. En la primera etapa del proyecto, se realizará una búsqueda exhaustiva de complejos de CuII con ligandos bicoordinantes con potencial para participar en el proceso de oxidación del agua. Se realizarán cálculos de DFT para determinar diversas propiedades como potenciales redox, energías reorganizacionales y distorsiones geométricas en un amplio conjunto de sistemas obtenidos a través de bases de datos estructurales. Estos resultados servirán como descriptores y permitirán identificar los complejos más prometedores en la reacción de oxidación de agua, los cuales serán estudiados en mayor detalle en las siguientes etapas del estudio. En paralelo, se utilizarán cálculos DFT para estudiar el mecanismo de oxidación de agua para el complejo [CuII(dmp)2] 2+, cuya reactividad ha sido recientemente reportada en el marco de mi tesis de doctorado. Los estudios teóricos serán complementados con la síntesis de nuevos complejos de CuII con estructuras similares a [CuII(dmp)2] 2+. Estos compuestos permitirán evaluar el efecto de diversas modificaciones estéricas y estructurales en la reactividad y pondrán a prueba el alcance de las conclusiones derivadas de los estudios computacionales. En una primera instancia, se evaluarán dos efectos: (i) la presencia de grupos estéricos que imponen una distorsión geométrica (ver Figura 1, sustituyentes R) y (ii) la presencia de grupos que presentarán efectos electrónicos (ver Figura 1, sustituyentes R1). Estos sistemas serán caracterizados a través de diversas técnicas como EPR, UV-Vis, difracción de rayos-X, electroquímica, análisis elemental y espectrometría de masas, para validar su correcta obtención y obtener información estructural y electrónica de los sistemas. Esperamos encontrar una correspondencia de estas propiedades con las obtenidas mediante métodos de estructura electrónica. Se estudiará la reacción de oxidación de agua para todos los compuestos, obteniendo parámetros cinéticos mediante espectroscopía UV-Vis y detectando las especies reactivas de oxígeno (•OH, H2O2 u O2) y los complejos de Cu formados tras la reacción. Esto se realizará a través de técnicas espectroscópicas como EPR, fluorescencia y UV-Vis, esperando obtener resultados que nos den información respecto al mecanismo de reacción y como las propiedades de cada complejo de CuII afectan en el proceso de transferencia electrónica. En paralelo, se realizarán estudios de dinámica de estados excitados y reactividad a través de la ejecución de cálculos teóricos. La dinámica de estados excitados nos permitirá obtener los tiempos de vida de los estados de transferencia de carga claves en el mecanismo de reacción mediante el método de las integrales de caminos. Los resultados obtenidos mediante este método nos permitirán interpretar de mejor manera los resultados experimentales, complementando los resultados termodinámicos obtenidos a través del cálculo del mecanismo de reacción.

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