alimentos e ingredientes funcionales en biopolis sl · importante de sus beneficios en i+d; las ......

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Alimentos e ingredientes funcionales en Biopolis SL

Daniel Ramón Vidal

Alimentos funcionales

1. Una introducción a Biopolis SL

2. La alimentación funcional

3. Algunos ejemplos en Biopolis SL

4. Conclusiones

Origen y misión

• Biopolis es una empresa biotecnológica creada hace diez años como una spin-off del CSIC

• De la búsqueda del producto a su validación, de la idea original a la comercialización (“tailor-made biotechnology”)

• Trabajamos con la excelencia científica como herramienta para comercializar productos de alto valor añadido

• Nos dirigimos al sector de la alimentación humana y al químico farmacéutico

• Somos expertos en la búsqueda, validación y producción de ingredientes funcionales y en la revalorización de residuos

El Centro de I+D

• El Centro de I+D de Biopolis SL está situado en el Parc Cientific de la Universitat de València; es un edificio con 1500 m2

• Está formado por once laboratorios y dos plantas de producción (una GMO y otra no-GMO), así como toda una serie de instalaciones anejas

• Todas las instalaciones han sido autorizadas por la Comisión Nacional de Bioseguridad

Plataformas de trabajo

Bioquímica

Microbiología

Biología molecular

Cultivos celulares

Organismos modelo

Escalado

Fermentación

Metabolómica

Modelos murinos

Genómica

La plantilla: nuestra mejor inversión

• En el grupo Biopolis trabajan 43 personas (36 en Biopolis SL y 7 en Lifesequencing SL; la mayoría son doctores (18) o licenciados (15); el resto son FP de grado superior (10)

• Nuestra plantilla incluye biólogos, biotecnólogos, farmacéuticos, informáticos, ingenieros agrónomos e ingenieros químicos, químicos, tecnólogos de alimentos, abogados y economistas

Servicios de Biopolis SL

Alimentación humana y animal Química fina y farmacia

Evaluación funcional

Producción de probióticos

Aprovechamiento de residuos

Síntesis de API

Estrategia internacional





4. Conclusiones

El mercado de los alimentos funcionales

• El mercado de la alimentación funcional es una realidad incuestionable

• Según los últimos datos de Leatherhead Foods (Junio 2011), entre el año 2003 y el 2010, el mercado de la alimentación funcional se ha incrementado 1.5 veces con una tasa anual de crecimiento compuesto (CAGR) del 14%

• Hay 4 regiones de interés: Japón (39.2% del mercado), Estados Unidos (31.1%), la Unión Europea, en particular Alemania, España, Francia, Italia y el Reino Unido (28.1%) y Australia (1.6%)

VENTAS (miles de millones US$)

AÑO

El mercado funcional del futuro

• Entre el año 2010 y el 2014 se espera un crecimiento del mercado mundial de alimentos y bebidas funcionales del 22.8%

• Se esperan alcanzar ventas por valor de 29.800 millones de dólares

• En Japón se espera un crecimiento del 21% para generar un negocio de 11.300 millones de dólares

• En Estados Unidos se esperan cifras de crecimiento del 20.7% para generar 9.100 millones de dólares en ventas

• En la Unión Europea se espear el mayor crecimiento del negocio, un 27% que supondrían ventas por valor de 8.900 millones de dólares

• En Australia el crecimiento esperado es del 34.2% con ventas por valor de 530 millones de dólares

El Reglamento UE 1924/2006

JULIO 2003 Primera propuesta

Polémicas Clima de presión

DICIEMBRE 2006 Aprobacion in

extremis

¿Qué implica el nuevo Reglamento?

Identificación bioquímica o microbiológica del ingrediente funcional

Definición de la ruta(s) metabólica(s) afectada(s) por el ingrediente

Definición del (los) biomarcado(es) adecuado(s)

Ensayos clínicos en voluntarios humanos

La complejidad de la evaluación

• Debe ser similar, pero no idéntica, a la de los fármacos

• Los alimentos no curan , sólo ayudan a mejorar la salud y, por lo tanto, a prevenir

• Las industrias farmacéuticas invierten una parte importante de sus beneficios en I+D; las compañías alimentarias apenas lo hacen

• El desarrollo de un fármaco es un proceso largo; el de un alimento no puede ser más de tres años

• El valor añadido de un fármaco es alto; el de un alimento es muy bajo

• La vida comercial de un fármaco es larga; la de un alimento es muy corta

Cuellos de botella en la evaluación

• Los ensayos con roedores son lentos y caros

• Cada vez hay más actitudes sociales en contra de la experimentación animal

• Hay que buscar modelos alternativos y el apoyo de las tecnologías “ómicas”

• Los ensayos con voluntarios sanos son de difícil interpretación

• Decisiones precipitadas de EFSA

La búsqueda de organismos modelo

• Fácil de usar en el laboratorio

• Ciclo de vida corto

• Tamaño pequeño

• Disponibilidad de herramientas genéticas (clásicas y moleculares)

• Buena colección de mutantes

• Genoma secuenciado y bien anotado

• Alto porcentaje de homología con el genoma humano

• Si es posible, por razones éticas, animales pequeños

Caenorhabditis elegans

• Es un animal muy simple (pequeño, transparente y con una anatomía y una embriología bien descrita)

• Fácil de crecer (en placas de cultivo comiendo la bacteria Escherichia coli)

• Los cultivos retienen la viabilidad durante mucho tiempo; se pueden congelar y preservar más de 40 años

• Ciclo de vida corto (21 días)

• Potentes herramientas genéticas

• Buena colección de mutantes

• Genoma totalmente secuenciado

• Herramientas post-genómicas (colección de 16000 cepas de E. coli que expresan todos los RNAi)

Las plataformas de secuenciación masiva

10 años 3000 millones $ 1000 científicos

3 semanas 6000 €

1 técnico FP

2001

2014

El futuro genómico

9 minutos/100 $ 2015

1970 1990 2015

• A fecha de hoy ya se han secuenciado completamente más de 25000 genomas de distintos animales, plantas y microorganismos

• Entre otros genomas de interés agroalimentario se han secuenciado los genomas del arroz, el maíz, el trigo, la judía, la uva, el tomate, el cacao, la levadura panadera o algunas bacterias lácticas

• Y además se dispone de datos de microbiomas

Secuenciación de genomas

Descifrando los microbiomas

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Amplificación del DNA

MGS

19/ 04/ 14 18:41Polymerase Chain Reaction (PCR) Testing | Groundwater, Fungi and Bacteria Inspection | AESpecialists.com

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About Us

No Conflict of Interest Statement A.E.S. Sample Residential Fungal Report A.E.S. Sample Commercial Fungal Report

Fungal & Biological Sample Report A.E.S. Sample Volatile Organic Compound (VOC) Report

A.E.S. Sample Phase I Environmental Site Assessment

Services

Mold / Mycotoxins Moisture Testing Asbestos Testing, Asbestos Inspection Allergen, Bacteria, Legionella

Sick Building Syndrome Materials Science/Chemical Polymerase Chain Reaction (PCR/DNA) Industrial Hygiene (VOC’S)

Water, Soil, Carbon, Soot Phase I & II Assessments

Clients Accreditations

Independent Lab Certifications

Affiliations Air Filtration Contact Us

Am erican Environm ental Specialists, LLC

( 8 5 6 ) 9 8 5 - 2 8 8 5 ( 8 0 0 ) 2 5 1 - 6 1 1 0 Fax ( 8 5 6 ) 9 8 5 - 9 7 7 7 • aespecialists@com cast .net

Polymerase Chain Reaction (PCR) is a testing procedure that permits

identification of a substance based on its DNA, e.g., (fungi, bacteria, etc.). DNA

extracted from a sample is acquired and reproduced by acceleration to yield a

quantity detectable by the instruments used.

PCR is extremely useful in evaluating concerns related to groundwater, fungi

and bacteria.

Polym erase Chain React ion ( PCR/ DNA)19/ 04/ 14 18:49Bioinformatics, Biostatist ics & Medical Informatics | Research Facilit ies & Resources | Infrastructure | Scripps Translational Science Institute

Página 2 de 3http:/ / www.stsiweb.org/ infrastructure/ facilit ies_resources/ biomedical_informatics/

Massive amounts of data are being generated for biomedical

research purposes using ultra-high-throughput assays and

technologies, such as gene expression microarrays, proteomics

platforms, high-throughout sequencing technologies and imaging

devices. This wealth of information, especially when combined with

medical record databases and other clinical and epidemiological

data, create unprecedented opportunities in translational research.

Informatics helps scientists to make sense of all this data and

thereby plays a critical role in expediting the application of research

findings from the bench to the bedside.

The STSI has developed rigorous and comprehensive informatics

and data analysis strategies and resources for translational

research. The institute’s expertise and capabilities in informatics are

summarized below. To obtain more information, investigators may

use the online form.

Bioinformatics

The STSI’s bioinformatics resources are used to further the institute’s collaborations, in-house data analyses, training

of researchers and novel methods of development in all areas of quantitative science essential to translational

research. At the STSI, bioinformatics is applied primarily to genomics research, expecially studies involving large-

scale DNA sequencing.

STSI researchers consult and collaborate with investigators about:

Sequence analysis and variant detection from next-generation sequencing data.

Phenotype association analysis of genome-wide and candidate gene sequencing and genotyping studies.

Assay design for directed high-throughput sequencing studies.

In silico functional analysis of variant data.

SNP and candidate gene selection for genotyping and sequencing studies.

Development of genomic data management and analysis tools and techniques.

For more information:

Brief bio of Ali Torkamani, Ph.D., Assistant Professor at STSI.

Biostatistics & Study Design

The STSI’s biostatistical support team is collaborating with

investigators at The Scripps Research Institute , Scripps

Health physicians and researchers at the West Wireless

Health Institute to develop statistical methodologies aimed

at clinical investigations, and in particular individualized

medicine studies, while bringing wireless technology to the

forefront of medical care.

Current projects include the design of gene-based and “N-

of-1” clinical trials (including a N-of-1 investigation on

Bioinformática Muestra

Bacterialspecies Percentage

Barnesiellaintestinihominis 15,12

Bacteroidesacidifaciens 10,11

Propionibacteriumacnes 8,47

Caulobacterleidyia 6,49

Paracoccusmarcusii 4,81

Bifidobacteriumbreve 3,03Prevotellabuccae 2,97

Dysgonomonasmossii 2,57

Prevotellaloescheii 1,98

Flavonifractorplautii 1,94Pseudomonasmigulae 1,94

Arthrobacterbergerei 1,35

Prevotellaoris 1,03

Género Especie Phylum

Las otras tecnologías “ómicas”

La genómica comparativa

12 Mb 5770 genes

100.2 Mb 21733 genes

3000 Mb 23000 genes





4. Conclusiones

Cacao y salud: ¿cómo demostrarlo?

• Hay muchas referencias bibliográficas sobre el efecto de los polifenoles del cacao en la prevención del riesgo cardiovascular

• Un polvo de cacao convencional tiene un 3-4% de polifenoles

• Un producto con mayor contenido en polifenoles sería muy interesante

CocoanOX 12%

E. Cienfuegos-Jovellanos, F.K. Jaisli, M.A. Pasamar, Y. Castilla, F.J. Arcos, D. Ramón. (2007). Method for obtaining polyphenol-rich cocoa powder with a low fat content and cocoa thus obtained. WO2007/096449

Selección de frutos Inactivación PPO Secado Aventado

Molienda Extracción de grasa Torta de cacao

Tamizado Extracción solventes

CocoanOX 12% CocoanOX 30-45-70%

Efecto antioxidante en C. elegans

C. elegans

Estrés oxidativo

5 hours

EXPERIMENTO % SUPERVIVENCIA SIN CCX-12 5

CON CCX-12 39

5 dÍas

+CCX-12

-CCX-12

Transcriptómica y mutantes

EXPERIMENTO % SUPERVIVENCIA SIN CCX-12 WT 5

CON CCX-12 WT 39

CON CCX-12 SIR 2.1 7

SIR2 SIR1

¿Cuál es la diana de los polifenoles de cacao?

DAF-2

AGE-1

Insulin-like peptides

AKT-2

AKT-1 SGK-1

DAF-16 SKN-1

SIR-2

DAF-16

PAR-5 FTT-2

Citoplasma

Núcleo Genes de longevidad

Aumento de la esperanza de vida

C. elegans

>21 días

EXPERIMENTO LIFESPAN (días)

SIN CCX-12 15.2

CON CCX-12 17.8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

days of adult

% worms

alive

P. Martorell, J. V. Forment, R. de Llanos, F. Montón, S. Llopis, N. González, S. Genovés, E. Cienfuegos, H. Monzó, D. Ramón. (2011). Cocoa polyphenols increase lifespan in Caenorhabditis elegans by a SIR-2.1 and DAF-16 dependent mechanism. Journal of Agricultural and Food Chemistry 59: 2077-2085

+CCX-12

-CCX-12

Los mismos resultados en el pez medaka

A B D E G H

A. Leal-Tassias, A. V. Sánchez-Sánchez, M. Piquer-Gil, N. Rodríguez, P. Martorell, S. Genovés, M. Díaz-Llopis, D.l Ramón, J. L. Mullor. A polyphenol-enriched cocoa extract presents antioxidant properties and increases life span of medaka embryos. Submitted.

La enfermedad de Alzheimer

Estrés oxidativo Inflamación

Degeneración neuronal Haces neurofibrilares

Péptidos desde CB

Hydrophobic Interaction chromatography (HIC)

HIDRÓLISIS PROTEÍCA

FRACCIONES HIC

FRACCIONES HIC POSITIVAS

Reverse Phase Chromatography (RPC)

FRACCIONES RPC

FRACCIONES RPC POSITIVAS

MALDI-TOF

“COCOA BARQUILLO”

IDENTIFICACIÓN DE LOS PÉPTIDOS

Identificación del péptido

Theobroma cacao 21 kDa seed protein (221 aas)

FRACCIONES RPC POSITIVAS

IDENTIFICACIÓN MALDI-TOF

SECUENCIAS PEPTÍDICAS (17 péptidos)

mktatavvlllfaftsksyffgvanaanspvldtdgdelqtgvqyyvlssisgagggglalgratgqscpeivvqrrsdldngtpvifsnadskddvvrvstdvniefvpirdrlcststvwrldnydnsagkwwvttdgvkgepgpntlcswfkiekagvlgykfrfcpsvcdscttlcsdigrhsdddgqirlalsdnewawmfkkasktikqvvnakh

B. Muguerza, H. Monzó, N. Alepuz, E. Bataller, S. Genovés, M. Enrique, P. Martorell, D. Ramón. (2010). Obtainment of cocoa extracts rich in bioactive peptides with inhibiting activity of ACE and PEP enzymes. EP2322041A1

E. Bataller, S. Genovés, P. Martorell, D. Ramón, A. Ibañez, S. Llopis, N. González, H. Monzó, B. Muguerza. (2011). Obtainment of bioactive products from cocoa having inhibitory activity against the PEP enzyme and antioxidant and/or anti-neurodegenerative activity. WO2011/076954A1

Resultados

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NGM NGM+vitamin C 9L 11R 13L 13R

% W

orm

Su

rviv

al (

C. e

leg

an

s N

2)

Antioxidant Activity

24 41 43 45 47 49 51 530

25

50

75

100

125

NGM

ZPP

9L

11R

13L

13R

not induced

Time (h)

Percen

tag

e N

ot

paraly

zed • Paralysis

assay

IC50 PEP 13-mer(0.19 mg/ml)

[13-mer] mg/ml

0,0001 0,001 0,01 0,1 1

% In

hib

itio

n

-20

0

20

40

60

80

100

• El valor IC50 más bajo para la inhibición de PEP lo dió el péptido 13L-mer (0.19 mg/mL)

• Este péptido presentó la mayor actividad antioxidante in vivo

• También fue el más eficaz en la reducción de la parálisis

• Curiosamente, el péptido 13L-mer inhibe in vitro la enzima humana PLA2

• Hemos detectado trazas de este péptido en chocolates comerciales

Actividad antioxidante Parálisis Inhibición PEP

Transcriptómica

13L-mer

Regulación Metabolismo del

piruvato

Regulación Proteasoma

Regulación Metabolismo del

triptófano

Acetil coA Turnover de proteínas Serotonina

Función sináptica Reducción del agregado amiloide

Locomoción Apetito

REDUCCIÓN DE LA TOXICIDAD DE Aβ

13L-placebo

Inhibición de la agregación de Aβ

25

112

30

61

13

Tubulina

Placebo 13L R

atio

de

agre

gaci

ón

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Martorell P, Bataller E, Llopis S, González N, Álvarez B, Montón F, Ortíz P, Ramón D, Genovés S. A cocoa peptide protects Caenorhabditis elegans from oxidative stress and -amyloid peptide toxicity. PLOS ONE 8: e63283

Evaluación de matrices alimentarias

P. Martorell, S. Llopis, N. González, F. Montón, P. Ortiz, S. Genovés, D. Ramón. (2012). Caenorhabditis elegans as a model to study the effectiveness and metabolic targets of dietary supplements used for obesity treatment: the specific case of Tonalin®. Journal of Agricultural and Food Chemistry 60: 11071-11079

E. Pons, B. Alquézar, A. Rodríguez, P. Martorell, S. Genovés, D. Ramón, M.J. Rodrigo, L. Zacarías, L. Peña. (2013). Metabolic engineering of b-carotene in orange fruit increases its in vivo antioxidant properties. Plant Biotechnology Journal doi: 10.1111/pbi.12112

El modelo de C. elegans en Biopolis SL

Efecto antioxidante

Longevidad

Inflamación

Enfermedad de Alzheimer

Replicación de virus

Colonización de bacterias

Obesidad

Extractos vegetales

Probióticos

Moléculas aisladas

Fracciones de purificación

Refrescos carbonatados

Yogurt

Zumos de frutas

Cerveza

Café

Harinas demaíz

Protección solar

Actividad locomotora

Probióticos y “ómicas”




4. Conclusiones

Probióticos y estrés oxidativo

Bifidobacterium (15 cepas)

Streptococcus (9 cepas)

Lactobacillus (75 cepas)

ESCRUTINIO MASIVO

Escrutinio en dos pasos

C. elegans BA17 fem-1

Placas NG

4 días

Huevos

(1mL Buffer M9)

1 día

L1 Larvae

M9 + Colesterol Probiótico

Inhibición E. coli

3 días

Estrés oxidativo

20°C 25°C

Viabilidad

5 horas

Sincronización Alimentación

25°C 25°C

Adultos

Ensayo

G. Grompone, M.C. Degivry, D. Ramón, P. Martorell, N. González, S. Genovés, S. Legrain-Raspaud, I. Chabaud, R, Bourdet-Siscard. (2011). Method for selecting bacteria with antioxidant activity. WO2011/083353A1

1

2

C. elegans wild –type (N2)

Estrés oxidativo

(3mM H2O2)

5 horas 5 días

NG-OP50

NG-probiótico

CNCM I-3690: una cepa antioxidante

• En general, las bacterias lácticas incrementan ligeramente la resistencia al estrés oxidativo; no se observó efecto en las bifidobacterias ensayadas

• Se detectó un fuerte efecto en once cepas pertenecientes a los géneros Lactobacillus y Streptococcus; una de ellas, denominada Lactobacillus rhamnosus CNCM I-3690, funcionó de forma muy eficaz

Transcriptómica de la cepa I-3690

Lb. rhamnosus CNCM I-3690

Insulin like-pathway

Metabolismo de lípidos

Respuesta a estrés Sistema inmune innato

DAF-16

Lb. rhamnosus CNCM I-4317

E. coli OP50

G. Grompone, D. Ramón, P. Martorell, S. Genovés, P. Ortíz, S. Llopis, N. González. (2012). Lactobacillus rhamnosus strain for reducing body fat accumulation. PCT/IB2012/056344

Estudios en cultivos celulares

• Se ensayaron cocultivos de las cepas I-3690 e I-4317 con células HT-29 de epitelio intestinal estimuladas con TNFα

• Las células cocultivadas con la cepa I-3690 dieron lugar a una reducción en la producción de NF-κβ e IL-8

• Se hicieron cocultivos de ambas cepas en un sistema de células HT-29 en la capa apical y células dendríticas humanas en la capa basal

• Sólo la cepa I-3690 fue capaz de reducir los ratios de citoquinas proinflamatorias IL-12/IL-10, IL-6/IL-10, IL-8/IL-10 y TNFα/IL-10; además se detectó un 90% de reducción en la expresión de CD86 y HLA

Resultados en un modelo murino

• Se ensayó la administración intragástrica durante 5 días de 108 ufc de la cepa I-3690 en un modelo de rectocolitis inducida por TNBS en ratones Balb/c; como control positivo se utilizó prednisolona y como control negativo se usó el tampón de administración del probiótico

• Se realizó un análisis histopatológico

• El coeficiente de Wallace fue de 3.4 en el grupo control con el placebo y de 1.5 en el grupo de la prednisolona; el valor en el grupo tratado con la cepa I-3690 fue de 2.4

G. Grompone, P. Martorell, S. Llopis, N. González, S. Genovés, A.P. Mulet, T. Fernández-Calero, I. Tiscornia, M. Bollati-Fogolin, I. Chambaud, B. Foligné, A. Montserrat, D. Ramón. (2012). Anti-inflammatory Lactobacillus rhamnosus CNCM I-3690 strain protects against oxidative stress and increases lifespan in Caenorhabditis elegans. PLOS ONE 7: e52493

No colitis Vehicle + TNBS

CNCMI-3690 + TNBS Prednisolone + TNBS





4. Conclusiones

El ejemplo de los líderes

Lifesequencing SL: primera apuesta

iGEM: segunda apuesta

I2SysBio: tercera apuesta

La reflexión final

A lo desconocido no hay que tenerle miedo, simplemente hay que entenderlo (Marie Curie, 1867-1934)

Daniel Ramón Vidal ([email protected])

http://www.linkedin.com/profile/view?id=64921252&trk=tab_pro

Biopolis SL

Parc Cientific Universitat de València

C/ Catedrático Agustín Escardino Benlloch 9; Edificio B; 469809-Paterna; Valencia

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