Proyectos

Tenacibaculosis is an emerging pathogen recently classified as high-risk disease. Since 2020 it is the second pathogen after Piscirickettsia salmonis producing higher mortalities in Atlantic salmon. Diverses species of Tenacibaculosis has been described in Chile, but Tenacibaculum dicentrarchi present the higher prevalence in culture centers. Before 2018, underreporting of Tenacibaculosis was possible due to the external signology is similar with Piscirickettsiosis. P. salmonis is the main pathogen in Chilean salmon farming, causing the principals mortalities because of diseases. In recent years, concerns related to Tenacibaculosis and Piscirickettsiosis coinfection have increased due to detrimental effects on the health status of fish in comparison to the single infection. Our proposal aim to characterize the immune response elicit by T. dicentrarchi in Atlantic salmon and describe how it is related to a coinfection by P. salmonis. First, we propose the description of the single infection of T. dicentrarchi due to the lack of information about the immune response it induces in Atlantic salmon. Then, we propose the characterization of the coinfection between T. dicentrarchi and P. salmonis and the possible weaker of the health status of the fish due to T. dicentrarchi may favors the development of the secondary infection. Therefore, we hypothesize that “Tenacibaculum dicentrarchi chronic infection triggers a type 2 immunity (Th2/M2) IL-4/13/ IL-10+ phenotype in head kidney and spleen of Atlantic salmon, increasing the secretion of anti-inflammatory cytokine IL-10, which favor and increase the severity of Piscirickettsia salmonis coinfection”. The general objective of the proposal is to demonstrate that a chronic infection of Tenacibaculum dicentrarchi causes in Atlantic salmon a status of head kidney and spleen immunosuppression presented an IL 4/13/ IL-10+ phenotype and increasing the mortality provoked by Piscirickettsia salmonis coinfection. To demonstrate the hypothesis, three specific objectives are proposed. First specific objective is “Characterize the immunological response of the single infection of T. dicentrarchi and coinfection with T. dicentrarchi and P. salmonis in Atlantic salmon under field conditions during outbreak seasons”. For this specific objective, we designed the Trial 1: Field sampling in open-sea cages during a single infection of T. dicentrarchi in winter and a coinfection with T. dicentrarchi and P. salmonis in spring. The analysis of the immune response will be through gene expression by RT-PCR and proteins by ELISA and western blotting. Then, the second objective propose is “Verify the type 2 immunity (Th2/M2) IL-4/13/ IL-10+ phenotype elicit by a T. dicentrarchi infection in Atlantic salmon under controlled conditions of laboratory”. To accomplish this goal we designed the Trial 2: A single infection challenge with T. dicentrarchi in Atlantic salmon in laboratory conditions in order to better characterize the immune response at a cellular level by flow cytometry and a molecular level by RNA-seq, RT-PCR and protein level. The final specific objective is “Characterize at the immunological level the development and severity of P. salmonis infection in Atlantic salmon infected by T. dicentrarchi under controlled conditions of laboratory”. To achieve this objective we designed the Trial 3: A coinfection with T. dicentrarchi and P. salmonis in Atlantic salmon in laboratory conditions with the respective single infection controls of each pathogen and posterior analysis by molecular and protein level. The expected results are: 1) The characterization of the immune response at functional level of the single infection of T. dicentrarchi and the coinfection of T. dicentrarchi and P. salmonis in Atlantic salmon in open-sea cages; 2) Verification that T. dicentrarchi triggers a type 2 immunity (Th2/M2) with an increase in the secretion of cytokine IL-10 demonstrated through transcript, protein, and cellular analysis in laboratory conditions that will let us a better resolution of the immune response characterization in comparison with the field conditions; 3) Characterization of the development of a more harmful P. salmonis infection due to the weaker health status on Atlantic salmon produced by of T. dicentrarchi, which means a higher bacterial load of P. salmonis and mortality rate in coinfected fish with T. dicentrarchi and P. salmonis. The results obtained in this research will provide animal health information to improve the productive management of salmonids and contribute to the knowledge of the health status of Atlantic salmon in the context of the two main pathogens affecting Chilean aquaculture nowadays.

Ocean Island Volcanoes (OIVs) and seamounts are one of the most common, prominent and rapidly formed but least studied (from a geological/volcanological point of view) features on Earth. OIVs, which represent only the summit section of a much larger volcanic edifice rising up from the sea floor, are highly vulnerable to geological hazards such as volcanism, seismic activity, mass wasting (caldera formation), landslides and rockfalls, and tsunamis. Specifically, a volcanic eruption on an OIV can mainly have a substantial impact on the local population, infrastructure and economy. It is then essential understand the characteristic behaviour and the ages of the recent eruptions of the volcano to enhance the capacity to identify future geological hazard processes such as eruptions, tsunamis, etc. In other words, to forecast how a volcano will behave, it is essential to identify, map and analyse the deposits from past eruptions and determine the ages of those deposits. However, this becomes more challenging on Ocean Island Volcanoes that have not experienced recent eruptions, such as Easter Island (Chile), but which may still pose a significant risk of future eruption. This proposal focuses on Easter Island (Rapa Nui or Isla de Pascua), an isolated southeast Pacific island with 7.750 inhabitants, that receives more than 100.000 tourists per year. This island has been catalogued as one of the 92 active volcanos of Chile by the Chilean mining and geological service, occupying the 46th position in its Volcanic Risk ranking. It was included taking into account the recent activity focused on Terevaka volcano and its peripheral vents and other factors as the population and infrastructures exposure and its high amount of visitors per year. Nevertheless, there is still a lack of robust geochronology and volcano-stratigraphy and morphometry for Easter Island, especially for these most recent eruptions. Therefore, a comprehensive study of its Holocene eruptions regarding their styles, a more accurate age determination, and a well identification of submarine volcanic centres around the island is still pending to evaluate its potential volcanic hazard. The main aim of this project is to identify and study the most recent eruptions of Easter Island, both onshore and offshore. This will allow understanding how and when they took place in terms of volume, diverse morphometric parameters, styles and their ages which will verify if the island is still active. To identify and characterize the style of the most recent eruptions (Holocene- last 11.700 Kyr) on the island it is planned to conduct geomorphologic and morhometryc analyses of subaerial and submarine recent volcanic deposits with and integrated onshore/offshore approach. Also, volcano-stratigraphy for the most recent cones and associated deposits onshore, with special attention to those hydrovolcanic eruptions will be analysed. To determine the number of Holocene eruptions on the island, 14C (for charcoal), 40Ar/39Ar (for rocks) techniques will be used. Moreover, we will identify and date tephras of lacustrine sedimentary records of the Rano Raraku, Rano Kao lakes and the Rano Aroi peat bog related to recent eruptions. A likely future eruption on the island or near its coasts would have negative and serious consequences; therefore, it is essential to undertake this scientific research aimed at improving the knowledge of the processes and their potential impacts. Furthermore, this study will also contribute to understanding the overall evolution of an interoceanic volcanic island whose results can be compared with other more studied OIVs in the world. In addition, this project will support undergraduate and graduate students, for whom this study will comprise most of their dissertation research, being an extraordinary opportunity for them. Moreover, this study will foster ongoing international collaboration, providing a pipeline for future student and faculty exchange, and will promote outreach educational experiences for the community, as well as more specialized seminars.

La experiencia internacional (Israel, Holanda, España) muestra que la recarga artificial de acuíferos es una herramienta eficaz para lograr gestionar la cantidad y calidad del recurso hídrico considerando integralmente las fuentes superficiales, subterráneas y su interacción. La presente iniciativa tiene como propósito diseñar un piloto de Recarga artificial para el acuífero de Pan de Azúcar y Elqui Bajo. Esto significa seleccionar la localización óptima con criterios hidrogeológicos (capacidad de almacenamiento, niveles piezométricos, velocidad de recarga, transmisibilidad, modelo hidrogeológico de recarga, etc), hidrogeoquímicos (calidad del agua, interacción suelo-agua, factores antrópicos, etc), socio-económicos (salud de la población, productividad, empleo, etc) y ambientales (aspectos ambientales, impactos ambientales). Una vez seleccionada la localización, está será caracterizada. Para ello se utilizará información bibliográfica general y específica disponible. Parte importante de esta información ha sido generada por el equipo UCN que en los últimos años ha ejecutado proyectos estudiando los acuíferos costeros en la región. También se generará información complementaria, con campañas de caracterización y monitoreo, necesaria para la aplicación de los criterios establecidos. Con la información de caracterización se determinará la técnica de infiltración más adecuada a partir de criterios técnicos-científicos. Para esto se modelará hidrogeológicamente la efectividad en el corto, mediano y largo plazo de la infiltración definida. Finalmente, se realizará el diseño ingenieril a nivel de detalle de la planta piloto que permita la inyección artificial el acuífero.

Decision-making processes involving uncertainty in the input parameters are commonplace, and the operational research community has investigated different methods to tackle this issue since the 60s. The current widespread availability of data and information presents a great opportunity to enhance the decision-making process, but at the same time, it presents a great challenge to develop new models and algorithms that capture this information. Stochastic programming, robust optimization, risk-averse optimization and distributionally robust optimization are different ways to deal with uncertainty. The input parameters are either modeled as random variables with a probability distribution that can be estimated from data; or as an uncertainty set which is often also decuded from data. A different approach is decision-focused learning or (a.k.a. smart predict-then-optimize) in which input parameters are learnt by a machine learning model which is trained considering the impact on the sub-opmality decisions made by not knowing perfectly the uncertain parameters. After training with this methodology, uncertain parameters are treated as deterministic parameters for the optimization problem. The main objective of this project is to provide a general framework for data-driven decision-making for different settings in transportation and logistics and to provide large-scale optimization models and algorithms to tackle uncertainty when data is available for these settings. We aim to compare and understand when each methodology to deal with uncertainty is the most adequate. Specifically, we aim to study problems in two-tier city logistics; large scale shortest path problems with real data motivated by firetruck dispatchment; multi-layer districting problems with balance constraint and uncertain demand; and the allocation security resources in a transportation network where the behavior of opportunistic passengers and the deployment of security agents are correlated.

Proyecto de colaboración internacional entre Chile, Perú, Brasil y Chile. Código proyecto: 17-MATH-06

Identificación de bacterias de ralves de la región de O'Higgins para el estudio de posibles funciones biotecnológicas.

La Piscirickettsiosis es una grave enfermedad bacteriana que resulta en altos niveles de mortalidad en diferentes especies de salmónidos. Las pérdidas totales, incluidos los costos de vacunación y los tratamientos antimicrobianos se han estimado en alrededor de $ 450 millones de dólares por año en Chile. Desafortunadamente, las vacunas contra este patógeno han mostrado ser poco efectivas para prevenir esta enfermedad, lo que se ha asociado a fenómenos de coinfección de Caligus, variabilidad del patógeno y del hospedero. Recientes estudios muestran, además, que los mecanismos de respuesta inmune innata son los responsables de otorgar protección a los peces frente a un desafío con esta bacteria. De esta manera, la falta de tratamientos eficaces contra Piscirickettsia salmonis fundamentan la necesidad de buscar nuevas alternativas de tratamientos profilácticos, las que deberían estar orientados a reforzar el sistema inmune innato del hospedador. En base a estas necesidades nosotros proponemos evaluar proteínas nanoestructuradas, también conocidas como cuerpos de inclusión como inmunoestimulantes para el control de P. salmonis en salmón del Atlántico (Salmo salar). Estas proteínas nanoestructuradas pueden expresar cualquier proteína con una función de interés, la cual es liberada gradualmente en el tiempo. Además, son muy estables y resisten duras condiciones fisicoquímicas manteniendo su funcionalidad por lo que no es necesario su encapsulación. Debido a que la producción de estas proteínas es altamente escalable en biorreactores bacterianos surgen entonces como una herramienta de biotecnología viable de llegar a ser una solución comercial. Recientemente he evaluado con éxito el uso de proteínas nanoestructuradas de citoquinas como inmunoestimulantes en trucha arcoíris (Onchorhynchuss mykiss) y el pez cebra (Danio rerio). La prueba de concepto de esta tecnología mostró que los cuerpos de inclusión pueden estimular una respuesta inmune en macrófagos de trucha arcoíris. Además, las proteínas nanoestructuradas administrados por vía intraperitoneal protegen al pez cebra frente a una infección bacteriana letal y al ser administrados oralmente son absorbidos por células presentes en la mucosa intestinal. En base a esto, proponemos como proyecto desarrollar proteínas nanoestructuradas como inmunoestimulantes contra Piscirickettsia, para ello contaremos con la asesoría técnica de tres laboratorios de la PUCV. Como primer objetivo realizaremos la clonación de los genes que expresan las proteínas de interés y la producción de los plásmidos para ser expresados en bacterias. Este objetivo se llevará a cabo en el Laboratorio de Genética y Genómica Aplicada. En el segundo objetivo, produciremos las proteínas recombinantes con la asesoría técnica y en las instalaciones del Laboratorio de Cultivo de Células Microbianas. Este grupo es experto en la producción de proteínas recombinantes en biorreactores de bacterias. Como tercer objetivo cuantificaremos y caracterizaremos las proteínas producidas con la asesoría y en el laboratorio del Grupo de Marcadores Inmunológicos de Organismos Acuáticos. Este laboratorio es especialista en la purificación, cuantificación y caracterización de proteínas. Además, contaremos con la asesoría del Laboratorio de Genética y Genómica Aplicada en cuanto a cómo dar continuidad al presente proyecto e introducir el producto en la industria. Nosotros esperamos como resultado de este proyecto desarrollar proteínas nanoestructuradas que sean administradas a peces como inmunoestimulantes contra Piscirickettsia. El desarrollo de un método profiláctico efectivo contra P. salmonis permitirá disminuir las pérdidas económicas asociadas a la Piscirickettsiosis y disminuir el uso excesivo de antibióticos en la industria de cultivo de salmones en Chile.

Los microplásticos son partículas de plástico con un tamaño entre 0.1 μm y 5 mm, los cuales han recibido una amplia atención debido a sus posibles efectos sobre los organismos vivos, la contaminación de los ecosistemas, la baja tasa de reciclaje, su fácil transporte y su interacción con contaminantes orgánicos e inorgánicos. Los microplásticos son considerados contaminantes emergentes, pues, sus efectos sobre los organismos aún no han sido totalmente descritos. Sin embargo, se ha demostrado que los diversos aditivos que poseen los plásticos (por ejemplo, bisfenoles, ftalatos, irganox) afectan negativamente a diversos organismos, con potenciales efectos adversos para la salud humana. Por otra parte, a medida que los microplásticos sufren el proceso de envejecimiento o degradación por efecto de las condiciones ambientales, estos poseen una mayor área superficial y reactividad, lo que promueve su interacción con otros contaminantes inorgánicos (por ejemplo, metales pesados) y orgánicos (por ejemplo, hidrocarburos policíclicos aromáticos). Por lo tanto, los microplásticos poseen diversos riesgos para los organismos que no se conocen a profundidad, lo que requiere un mayor esfuerzo investigativo a nivel mundial. Si bien la problemática de la contaminación por microplásticos es de conocimiento público, su estudio se ha enfocado en los ecosistemas marinos, específicamente en el agua, arena de playa en la línea costera y diversos organismos, con poco esfuerzo de muestreo en otras matrices ambientales como los suelos, aguas continentales y la atmósfera. Esta última es de gran importancia ya que, debido al bajo tamaño y densidad del microplástico, este puede ser resuspendido en la columna de aire, siendo fácilmente transportado desde el suelo a la atmósfera y siendo expuestos a los organismos vivos. Es por esto que el material particulado proveniente de eventos de deposición húmeda y seca es considerado como un gran aporte de microplásticos en sistemas terrestres y acuáticos, lo que es de gran relevancia cuando se considera la interacción del microplástico con elementos potencialmente tóxicos como metales u otras moléculas orgánicas. Por lo tanto, la literatura reciente en el área de los microplásticos muestra un incremento en las investigaciones del microplástico atmosférico, pues, es este el que finalmente es inhalado directamente por los seres vivos. En Chile, a pesar de ser el país en América Latina que más genera plásticos de un solo uso, y que además posee comunas ubicadas entre las 10 ciudades más contaminadas de dicha región, los estudios sobre microplásticos son escasos. Cabe destacar que esta categorización está asociada a la calidad del aire, por lo que la presencia del material particulado es un problema significativo. En este contexto, no existen estudios publicados a nivel nacional que evalúen el microplástico atmosférico, por lo que tampoco existe evidencia sobre la interacción entre dicho plástico y otros contaminantes. Esto aplica para la Región de O’Higgins, la cual, al ser una región minera y agrícola, es esperable que presente microplásticos en el material particulado, con la posible interacción con elementos potencialmente tóxicos, especialmente en los asentamientos con mayor densidad poblacional y desarrollo. Por lo tanto, la presente propuesta busca evaluar la ocurrencia y características de microplásticos presentes en el material particulado en una zona urbana y periurbana de la Región de O’Higgins, considerando su interacción con elementos potencialmente tóxicos, la estacionalidad y los eventos de deposición húmeda y seca. Para esto se integrarán disciplinas cómo el estudio de la meteorología, la química analítica y la contaminación ambiental. Se colectará y analizará el material particulado de forma mensual cada dos meses durante un año, esto para detectar, cuantificar e identificar los microplásticos presentes debido a eventos de deposición húmeda y seca. Se instalarán colectores pasivos de material particulado en las inmediaciones de la Universidad de O’Higgins (Campus Rancagua, Campus Colchagua, Estación Experimental Choapinos, Chapetón). Las partículas de microplásticos serán analizadas mediante espectroscopia FT-IR/ATR y/o con detector FPA. Posterior a la identificación de los tipos de polímeros, las partículas se analizarán con el microscopio de barrido para evaluar la presencia de metales en la superficie del microplástico. Además, se realizará una extracción con solventes para el análisis de hidrocarburos policíclicos aromáticos y bisfenoles policlorados presentes en el microplástico mediante un GC-MS. Finalmente, se realizarán diversos modelos para detectar los mejores predictores meteorológicos y poblacionales para predecir la deposición del microplástico en el material particulado por efecto de la deposición húmeda y seca. Se espera someter un artículo científico con los resultados de este proyecto para el último año de ejecución, y además se busca que este proyecto fortalezca el estudio de los microplásticos en la Universidad de O’Higgins, siendo soporte significativo para futuras postulaciones en equipamiento especializado e investigaciones de gran novedad internacional. Por último, este proyecto sentará las bases para una futura investigación que evalúe de forma directa e indirecta los efectos del microplástico en la salud humana de las comunidades de la Región de O’Higgins.

Objetivo general: sesarrollar un modelo de balance hídrico en acuífero de roca fracturada. Objetivos específicos: (i) identificar un sitio piloto de roca fracturada; (ii) instrumentar el piloto para monitorear los flujos hídricos; (iii) diseñar e implementar la metodología de balance hídrico en acuíferos de roca fracturada.

Plataforma experimental de control distribuido de módulos de potencia Consiste en diversos módulos de baja potencia que pueden configurarse e interconectarse para implementar variadas topologías emergentes de sistemas eléctricos y topologías de conversión como: microrredes, enlaces de alto voltaje en corriente continua (HVDC), convertidores modulares multinivel (MMC), sistemas de baterías (BESS), cargadores rápidos, entre otros. Cada módulo de potencia posee una unidad de control propia coordinada por una unidad central, lo que permite implementar esquemas de control distribuido. Además, la plataforma contempla una etapa de amplificación de potencia trifásica, que permite generar físicamente los voltajes y corrientes de un punto común de acoplamiento con una red eléctrica emulada en tiempo-real. Esto permite estudiar la interacción de la red emulada con los sistemas eléctricos y las topologías de conversión emergentes descritas anteriormente. Por consiguiente, esta plataforma agiliza el prototipado, tanto en hardware de potencia como de control, permitiendo la validación experimental de estrategias de control distribuido que, a diferencia del control centralizado (tradicionalmente utilizado en la academia e industria), presenta ventajas que son de utilidad para mejorar la resiliencia de los sistemas eléctricos, como son: mejor confiabilidad, flexibilidad, escalabilidad, operación plug-and-play y tolerancia a fallas de un solo punto.