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La subfamilia Triatominae (Heteroptera: Reduviidae) incluye aproximadamente 140 especies de insectos hematófagos, vectores de la Enfermedad de Chagas o Tripanosomiasis americana. Esta es causada por el protozoo flagelado Trypanosoma cruzi y afecta entre 6 y 7 millones de personas en el mundo, principalmente en América Latina. Las especies de la subfamilia Triatominae están agrupadas en complejos y subcomplejos en base a similitudes morfológicas y de distribución geográfica, entre otras características. Las distintas especies de triatominos son capaces de colonizar el hábitat doméstico, peridoméstico y silvestre y se clasifican de acuerdo con el grado de asociación con el ser humano en especies primarias y secundarias. Las especies primarias más importantes de América Latina son: Triatoma infestans, principal vector primario en Argentina y el Cono Sur de América Latina; Triatoma dimidiata distribuida en México, toda América Central y el norte y oeste de América del Sur; y Rhodnius prolixus localizado en varios países de América del Sur y América Central. Las especies del subcomplejo Sordida (Triatoma sordida, Triatoma guasayana, Triatoma patagonica y Triatoma garciabesi) están incluidas, junto con otras, dentro de las especies secundarias de mayor importancia en Argentina y países limítrofes. Este subcomplejo se encuentra ampliamente distribuido en Argentina, Bolivia, sur de Brasil, Paraguay y Uruguay. El uso de insecticidas piretroides para el control de la Enfermedad de Chagas ha reducido tanto el rango geográfico como la prevalencia de infestación con T. infestans, T. dimidiata y R. prolixus. Sin embargo, se han detectado poblaciones de T. infestans con niveles altos y muy altos de resistencia a piretroides especialmente en Argentina y Bolivia. La resistencia a insecticidas piretroides es un fenómeno multifactorial que comprende tres mecanismos principales: la insensibilidad del sitio de acción o resistencia knockdown, la actividad aumentada de enzimas detoxificantes o resistencia metabólica y la disminución de la penetración o factor cuticular de resistencia. El integumento es el tejido más externo de los insectos y está formado por la cutícula y la epidermis subyacente. Tiene una importancia fundamental en el crecimiento, el metabolismo y la fisiología general de los insectos. La cutícula comprende la epicutícula más externa y la procutícula. La epidermis incluye diversos tipos celulares como las células epidérmicas, los oenocitos, las glándulas dermales y las células tricógenas. Además de su activo rol en el metabolismo general del organismo, las células de la epidermis sintetizan todos los componentes de la cutícula y se ha demostrado que en particular los oenocitos están involucrados en la biosíntesis de los hidrocarburos y demás lípidos cuticulares. Los hidrocarburos cuticulares no sólo están implicados en evitar una pérdida de agua letal por evaporación, sino que participan en la comunicación química y también tienen un rol relevante en evitar la penetración de insecticidas. Estudios de nuestro laboratorio demostraron que la remoción de los hidrocarburos cuticulares incrementaba la penetración de insecticidas y más recientemente se mostró por primera vez en insectos, un incremento significativo de los hidrocarburos cuticulares en ejemplares de T. infestans resistentes a piretroides, asociado a una disminución de la penetración de deltametrina. Por otra parte, los hidrocarburos cuticulares han sido usados como marcadores taxonómicos para estudiar la variabilidad inter e intraespecífica en numerosas especies de insectos y en nuestro laboratorio se han usado para analizar la variabilidad intraespecífica de T. dimidiata y T. infestans, dos de los 3 principales vectores de la Enfermedad de Chagas. La FAS de insecto es una enzima que contiene siete dominios funcionales y que actúa como homodímero, catalizando la síntesis de ácidos grasos de cadena larga a partir de acetil-CoA y malonil- o metilmalonil-CoA. La síntesis de los hidrocarburos y otros lípidos cuticulares de insecto se inicia a partir de la acción de ácido graso sintasas (FASs) específicas del integumento. Los ácidos grasos de cadena larga participan en diversos procesos biológicos tales como la transducción de señales, constituyen las membranas celulares, actúan como reserva energética, etc. Los productos de las FASs del integumento son a su vez sustrato de elongasas de ácidos grasos (ELOVLs) específicas de sustrato que producen ácidos grasos de cadena muy larga. Los acil-CoA liberados del sistema elongante son sustrato de diversas enzimas como acil-CoA reductasas (FARs) y citocromos P450 de la familia 4G (CYP4Gs) para formar hidrocarburos, alcoholes grasos, ceras y demás lípidos cuticulares. En este trabajo de tesis, en primer lugar, se llevó a cabo la anotación de genes de la biosíntesis y metabolismo de lípidos cuticulares de T. infestans a partir de un transcriptoma de integumento disponible en el laboratorio y se midió mediante PCR cuantitativa en tiempo real (RT- qPCR) la expresión de genes codificantes de enzimas involucradas en la formación de hidrocarburos cuticulares (FAS, ELOVL, FAR, CYP4G) en ejemplares resistentes a piretroides comparada con respecto a ejemplares susceptibles. Se detectó una sobreexpresión en los insectos resistentes de varios genes codificantes de ELOVL y CYP4G, que podría contribuir a explicar el mayor contenido de hidrocarburos cuticulares observado en estos ejemplares. Asimismo, se detectó en los insectos resistentes una sobreexpresión de genes codificantes de esterasas y CYPs del clan 3, lo que junto con otros resultados de nuestro laboratorio (aumento del contenido de HC y penetración disminuida de insecticida) sugiere una participación activa del integumento en el mecanismo de resistencia metabólica. En segundo lugar, se caracterizaron molecularmente los tres genes codificantes de FAS identificados previamente en el genoma de R. prolixus (RPRC000123, RPRC000269 y RPRC002909), y dos genes en T. infestans (KY797274 y KY805857) obtenidos a partir del transcriptoma de integumento de este insecto. Los análisis mediante RT- qPCR mostraron que los transcriptos de los genes RPRC000123, RPRC002909 y KY805857 se expresan principalmente en el integumento, mientras que los de los genes RPRC000269 y KY797274 se expresan en el cuerpo graso. Los genes de FAS ya caracterizados en D. melanogaster, junto con el análisis filogenético y de expresión diferencial en distintos tejidos de los genes codificantes de FAS en estos triatominos sugieren que, el gen RPRC000269 de R. prolixus y el gen KY797274 de T. infestas son ortólogos del gen FASN1 (CG3523), el gen RPRC002909 de R. prolixus es ortólogo del gen FASN2 (CG3524), mientras que el gen RPRC000123 de R. prolixus y el gen KY805857 de T. infestans son ortólogos del gen FASN3 (CG17374). Usando como modelo experimental a R. prolixus, se silenciaron los tres genes de FAS mediante la técnica de interferencia de ARN. El silenciamiento de los genes RPRC000269 y RPRC002909 no afectó la viabilidad de los insectos mientras que los insectos con el gen RPRC000123 silenciado, criados en condiciones de humedad estándar (45%), murieron inmediatamente luego de la muda al siguiente estadio, sin esclerotizar y oscurecer la cutícula. El análisis de los ácidos grasos e hidrocarburos del integumento de estos últimos, efectuado mediante cromatografía gaseosa capilar acoplada a un detector de ionización de llama (CGC-FID) o de espectrometría de masas (CGC-MS) reveló una disminución significativa en el contenido de ácidos grasos lineales y ramificados y de HC ramificados. Los insectos con el gen RPRC000123 silenciado y expuestos a condiciones de alta humedad (96%) sobrevivieron durante las 48hs posteriores a la muda. De esta manera se pudo determinar que la FASN3 de R. prolixus es esencial para la formación de los precursores de los hidrocarburos que impermeabilizan la cutícula. En tercer lugar, se analizaron las relaciones filogenéticas entre T. infestans y las diversas especies del subcomplejo Sordida empleando los hidrocarburos cuticulares como caracteres taxonómicos para la construcción de cladogramas según el modelo de Neighbor-Joining. Se pudo determinar a las poblaciones de T. infestans, la mayoría de las poblaciones de T. guasayana y dos de T. garciabesi como grupos monofiléticos. No se pudieron establecer relaciones filogenéticas de la mayoría de las poblaciones de T. sordida dado por la presencia de politomías. Los resultados obtenidos en esta tesis aportan información relevante sobre el rol del integumento en la resistencia a insecticidas. Asimismo, permiten avanzar en el conocimiento de las funciones e importancia de las ácido graso sintasas de insecto, las cuales han sido escasamente estudiadas.

La subfamilia Triatominae (Hemiptera: Reduvidae), comprende un grupo de insectos hematófagos transmisores de la Enfermedad de Chagas, endemia latinoamericana que afecta cerca de 10 millones de personas, causada por el protozoo flagelado Trypanosoma cruzi. Dadas las dificultades en el desarrollo de una vacuna contra la enfermedad, todos los esfuerzos están volcados al control de los triatominos, como insectos vectores. Los triatominos colonizan vivienda humana (hábitat doméstico), así como los ambientes próximos a ella (hábitat peridoméstico), con mayor o menor grado de adaptación dependiendo de la especie en consideración. Las especies asociadas al hombre suelen mostrar una amplia distribución geográfica, en parte como resultado de su transporte pasivo en los enseres domésticos durante las migraciones humanas. Se ha agrupado a las más de 130 especies que integran la subfamilia en distintos complejos y subcomplejos en base a similitudes morfológicas y de distribución geográfica, entre otras. El subcomplejo Triatoma sordida, incluído dentro del complejo T. infestans, está integrado por las especies T. sordida, T. garciabesi, T. guasayana y T. patagonica distribuidas diferencialmente en el cono sur de América del Sur (Argentina, Bolivia, Brasil y Paraguay). Se encuentran principalmente en los ambientes silvestres y peridomésticos y tienen una alta tasa de infección con T. cruzi. Suelen colonizar la vivienda humana tras la erradicación de T. infestans y T. brasiliensis, por lo que dentro de los programas de control se las considera especies secundarias y potencialmente riesgosas. La variabilidad en diversas características fenotípicas así como la posibilidad de obtener descendencia viable en los cruces experimentales ha llevado a dudar del estatus específico de dos de sus integrantes, T. garciabesi y T. patagonica. Asimismo, se ha sugerido que T. sordida podría estar integrada por dos especies crípticas. Las tres principales especies vectoras de la enfermedad son T. dimidiata, T. infestans y Rhodnius prolixus. Dentro del género Triatoma, la especie con mayor capacidad vectorial en América del Norte y Central es T. dimidiata. Con una alta tasa de infección con T. cruzi , esta especie tiene una alta adaptabilidad a diversas condiciones climáticas y coloniza fácilmente los ambientes peridoméstico y doméstico a partir de sus reservorios silvestres, pudiendo encontrársela incluso en grandes ciudades. De origen centroamericano, actualmente tiene una amplia distribución desde el centro de Mexico, por todos los países de América Central hasta Venezuela, Colombia, Perú y Ecuador en América del Sur. Debido a la gran variabilidad que presenta en sus características morfológicas y etológicas a lo largo de su distribución geográfica, inicialmente fue dividida en subespecies, aunque posteriormente fue reunificada en uno de los estudios más abarcativos hechos sobre taxonomía de triatominos. Sin embargo, numerosos estudios posteriores, empleando diversas técnicas fenotípicas y genéticas, muestran una variabilidad difícil de atribuir a la de una única especie. Los caracteres fenotípicos (citológicos, morfométricos, isoenzimáticos, etc.) y genéticos (obtenidos mediante los métodos de RAPD, rDNA ITS-1 y 2, 18S RNA, entre otros), analizados con diversas técnicas de análisis multivariado, se han empleado exhaustivamente en la taxonomía de varios grupos de animales, plantas, hongos y bacterias, ayudando a dilucidar y en parte a resolver relaciones que la taxonomía clásica no era capaz de definir. El patrón de hidrocarburos cuticulares de insectos se ha utilizado ampliamente como carácter taxonómico en el estudio de diversas especies; entre las de importancia sanitaria se destacan las de los géneros Glossina sp., Simulium sp. y Anopheles sp. En triatominos se conoce el patrón de hidrocarburos de varias especies y complejos, y se ha determinado su estructura en T. infestans, T. mazzottii y R. prolixus. Dentro del subcomplejo T. sordida, en este trabajo de tesis se pudo discriminar a T. garciabesi como especie distinta de T. sordida, en función de las caracteristicas cuali y cuantitativas de su perfil de hidrocarburos; sin embargo T. patagonica no se diferencia como especie, agrupándose como una población de T. guasayana. T. sordida y T. garciabesi mostraron una relación estrecha entre ambas, siendo T. guasayana la especie más diferenciada del subcomplejo. Las poblaciones de T. sordida quedaron divididas a su vez en dos grupos netamente diferenciados, que podrían ser considerados como subespecies, en coincidencia con otros estudios. El análisis de los hidrocarburos de T. dimidiata reveló que es necesaria una reconsideración de la taxonomía de la especie. Se obtuvieron tres grupos claramente diferenciados, que se corresponden con la clasificación en subespecies hecha originalmente: T. dimidiata maculipennis para la mayoría de los ejemplares mexicanos, T. d. dimidiata para los centroamericanos y T. d. capitata para los de la mayor parte de los sudamericanos. Adicionalmente, se obtuvo un grupo formado por los insectos de la región mexicana de Yucatán y norte de Guatemala que en coincidencia con otros análisis constituiría otra especie o subespecie. Los insectos colectados en los sistemas de cuevas de Lanquín (Guatemala) y en la región cercana de Augustine (Bélice) mostraron un nivel de diferenciación comparable al de otra especie. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que el patrón de hidrocarburos es un marcador taxonómico de gran utilidad y sensibilidad, tanto para discernir las relaciones interespecíficas como para evaluar la variabilidad intraespecífica en triatominos, además permite inferir el movimiento de insectos tanto dentro de una región geográfica como entre ambientes. La información aportada, en conjunto con la obtenida mediante otros marcadores genéticos y fenéticos contribuiría en el diseño de estrategias específicas de los programas de control de la enfermedad.

La tendencia a la utilización de materias primas renovables ha impulsado a los investigadores a estudiar el aprovechamiento de productos derivados de la biomasa, tendiendo a disminuir de esta manera el uso de compuestos provenientes del petróleo. A partir de estos productos químicos de origen natural se busca obtener derivados con un mayor valor agregado, siendo la catálisis heterogénea una muy buena herramienta para la obtención de los mismos en una forma más sostenible. El furfuraldehído (furfural) es una de las sustancias química que puede ser conseguida fácilmente a partir de la biomasa, parece ser el único producto orgánico insaturado obtenido en gran volumen a partir de carbohidratos y es además un reactivo clave para la producción de compuestos no derivados del petróleo. La familia de compuestos primarios que pueden obtenerse a partir del furfural resulta muy amplia, sin embargo el 65 por ciento de toda la producción de furfural se transforma en alcohol furfurílico. Dicho producto será centro de estudio de este trabajo de tesis dado que el mismo es posible obtenerlo a partir de la hidrogenación catalítica del aldehído α,β-insaturado mencionado. En el desarrollo del Capítulo I se realizó un minucioso estudio bibliográfico de los aspectos relevantes que sirvieron como punto de partida para la realización del presente trabajo. Se describieron brevemente, a modo de introducción, conceptos básicos como ventajas y características de la catálisis heterogénea, tipos de catalizadores heterogéneos y su obtención (en especial para sólidos soportados), soportes, fase activa, modificadores, etc. Se detalló el uso de estos catalizadores heterogéneos en reacciones de hidrogenación de compuestos carbonílicos, describiendo en detalle los principales aspectos a la hora de mejorar la actividad y/o selectividad de una reacción. En el Capítulo II se describieron los aspectos fundamentales sobre el origen de la biomasa, sus derivados y las rutas que conducen a la obtención del furfural, haciendo hincapié en sus características generales y en el valor agregado de sus productos de reacción, principalmente el alcohol furfurílico. En el Capítulo III se detallaron los métodos de preparación y caracterización de los catalizadores monometálicos soportados sobre SiO₂ y TiO₂ (M/SiO₂ (M = Pt, Ni y Rh) y Pt/TiO₂ y los sistemas bimetálicos (PtM/SiO₂ y PtSn/TiO₂ (M = Sn y Ge) utilizados en la reacción de hidrogenación de furfural. En el Capítulo IV se analizaron los efectos del metal de base, del soporte utilizado (un óxido parcialmente reducible (TiO₂) y un soporte inerte (SiO₂)), la temperatura de reacción, las características del solvente y la posible formación de productos secundarios con el mismo. Dichos resultados nos llevaron a seleccionar las condiciones de reacción más apropiadas y a determinar el sistema monometálico que demostró ser más activo y selectivo para la reacción estudiada. El análisis se completó con el estudio de la estabilidad del mismo luego de tres ciclos de reacción. En los Capítulos V y VI se analizó la hidrogenación del furfuraldehído empleando los diferentes catalizadores bimetálicos presentados en el Capítulo III. En el Capítulo V la investigación se centró en los sistemas modificados con estaño (MSn_y M = Pt, Rh y Ni), con distintas relaciones atómicas y soportados sobre los sólidos mencionados en el capítulo IV, obteniéndose los mejores resultados para las relaciones atómica 0,2-0,4. Se utilizó también un precursor de Sn soluble en agua (Bu₃SnOH) con el fin de trabajar en condiciones más benignas para nuestro medio ambiente. Por último, al igual que en el capítulo IV se estudió la estabilidad de los catalizadores, analizando tanto la actividad como la selectividad de los sistemas bimetálicos que demostraron ser los más eficientes. En el Capítulo VI se estudió el efecto del agregado de germanio (GeBu₄) sobre el catalizador monometálico Pt/SiO₂ y se los comparó con los sitemas PtSn_y/SiO₂.