Catálogo de publicaciones

Garavaglia, M. J. (2019). Aplicaciones bioinformáticas y moleculares para el estudio de la familia baculoviridae (Tesis de posgrado). Bernal, Argentina: Universidad Nacional de Quilmes.

Los continuos avances en biología, química y computación han contribuido al desarrollo acelerado de los estudios de simulación por computadora o también conocidos como estudios in silico; los cuales fueron propuestos inicialmente para orientar la búsqueda de nuevos fármacos o identificar los agentes contaminantes presentes en el ambiente, mediante el ajuste de un modelo. Entre los diferentes métodos in silico existentes, la teoría de las Relaciones Cuantitativas Estructura-Actividad (QSAR) propuesta por Corwin Hansch y Toshio Fujita en el año 1964, se ha destacado por ofrecer elementos útiles para abordar diferentes cuestiones químicas involucradas en los complejos procesos y mecanismos de los sistemas bióticos y abióticos. El fundamento de teoría QSAR reside en elucidar la respuesta química de un compuesto en términos de sus características estructurales. Por ello, los modelos matemáticos QSAR proponen un paralelismo racional entre la estructura molecular de una sustancia, que es representada por diversos descriptores moleculares y el efecto final que dicha sustancia produce sobre un determinado organismo o entorno. Es así como el formalismo QSAR permite estimar diferentes parámetros de respuesta como la actividad, toxicidad o propiedad de nuevas moléculas, a partir del conocimiento de la estructura molecular involucrada. Por más de 55 años el crecimiento exponencial del número de publicaciones científicas basadas en la teoría QSAR ha sido muestra de su constante evolución, atribuida principalmente al aumento de las bases de datos químicas de acceso público y a la inclusión de múltiples técnicas estadísticas sencillas y complejas, capaces de establecer correlaciones entre numerosas características estructurales de las moléculas y diversas propiedades fisicoquímicas, organolépticas, biológicas o toxicológicas. A raíz de esto, los estudios QSAR han sido ampliamente utilizados en la academia, la industria y las agencias gubernamentales como una herramienta computacional que permite realizar predicciones de los posibles efectos que los productos químicos, los materiales y los nanomateriales provocan sobre la salud humana y los ecosistemas. Sin embargo, cabe destacar que la hipótesis principal de la teoría QSAR no consiste en explicar el mecanismo de acción, la toxico-cinética o toxico-dinámica de las sustancias químicas; por el contrario, se enfoca en calcular el efecto final que una estructura química produce sobre un individuo o ambiente definido. Aunque, si el modelo logra una cuantificación acertada de la actividad del compuesto, puede brindar información del fenómeno involucrado; tal como especificar si una molécula es activa o inactiva, tóxica o no tóxica; esto según los límites de detección propuestos a nivel experimental. Por otra parte, en aquellos casos que se cuenta con información de la conformación molecular del compuesto, dada por las técnicas de cristalografía de rayos X o Resonancia Magnética Nuclear (RMN), es posible establecer modelos de regresión QSAR basados en descriptores geométricos, que interpretan la actividad involucrada con base en la disposición tridimensional de la molécula; a este enfoque se le conoce como QSAR-3D. A partir de numerosas aplicaciones de los modelos QSAR, se logró evidenciar su eficacia para tratar grandes conjuntos moleculares y predecir cuantiosos efectos finales definidos por protocolos de ensayo de difícil medición. Estas condiciones permitieron a los investigadores discernir tendencias en los datos existentes más relevantes para la salud pública o el ambiente, y luego extrapolar tendencia a compuestos no sintetizados o carentes de información química, física o biológica. Es así como el enfoque QSAR ha contribuido en novedosas investigaciones orientadas en los compuestos químicos provenientes o inspirados en la naturaleza, reconocidos por presentar distintas propiedades biológicas plausibles como: antioxidante, antibacterial, anticonvulsiva, anticancerígena, inhibición enzimática, larvicida, repelente, entre otras propiedades de gran importancia para el diseño de nuevos productos químicos de interés comercial, medicinal, agrícola y sanitario. No obstante, el paradigma de la teoría QSAR no solo proporciona modelos que cuantifican propiedades fisicoquímicas o biológicas. También se enfatiza en orientar la síntesis de nuevas moléculas conforme a los 12 principios de la química verde, reducir el tiempo y los gastos que implican los ensayos in vivo e in vitro, y minimizar los experimentos en animales. Por lo anterior, la presente Tesis Doctoral se fundamenta en el estudio, diseño y aplicación de modelos de la teoría QSAR que proporcionen una guía computacional en el diseño sustentable, racional y selectivo de nuevos compuestos con actividad específica, inocuos en mamíferos y de alta eficiencia en el control de enfermedades neurológicas e infecciosas que afectan la salud pública mundial. Actualmente, entre los compuestos químicos más utilizados en el tratamiento de diversos trastornos neurodegenerativos, como la enfermedad de Alzheimer (AD), se destacan los inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa (IsAChE). Este tipo de compuestos químicos actúan en el Sistema Nervioso Central (CNS), incrementado la actividad colinérgica cerebral. Este modo de acción también se encuentra en los pesticidas más novedosos y eficientes para controlar las plagas y los vectores de enfermedades. Conforme a lo anterior, se examinó la capacidad inhibitoria in vitro de la enzima acetilcolinesterasa (AChE) de diferentes conjuntos moleculares basados en derivados de Tacrina, los cuales representan una alternativa en el diseño de nuevos fármacos de bajo costo para tratar las enfermedades neurológicas y reducir los efectos secundarios producidos por los medicamentos actuales. Asimismo, estas moléculas proveen información estructural relevante en el desarrollo de fitosanitario selectivos y eficaces contra los vectores de enfermedades. Ante las múltiples ventajas que tienen los productos de origen natural y sus derivados semi-sintéticos sobre la salud y el cuidado de los ecosistemas; se evaluó la actividad antifúngica medida a través de la Inhibición del Crecimiento (IG) de un conjunto molecular conformado por derivados de cinamato; los cuales representan una novedosa librería molecular bioactiva e inocua para la salud humana, obtenida a través de procedimientos ecocompatibles Por último, se abordó a través del modelado QSAR el estudio de diferentes conjuntos moleculares constituidos por diversas moléculas naturales o semi-sintéticas con prominente actividad larvicida sobre el mosquito Aedes aegypti L., el principal vector de diversas enfermedades endémicas, como el dengue, la fiebre amarilla, la fiebre de chikungunya y el zika.

En la degradación y remodelación de la pared celular intervienen numerosas enzimas y proteínas, y un aspecto común de la estructura de la mayoría de las mismas es su organización modular. Dicha organización incluye típicamente un dominio catalítico característico de cada enzima y uno o más dominios de unión a carbohidratos (CBM). Un CBM es definido como una secuencia contigua de aminoácidos dentro de una enzima activa involucrada en el metabolismo de carbohidratos, que posee la capacidad de unirse a los mismos. Hasta el momento, los CBM más estudiados corresponden a hongos y bacterias y se conoce muy poco de los de enzimas vegetales. Dentro de los CBM se destacan los dominios de unión a almidón (SBD). Desde abril de 2004 nuestro laboratorio trabaja en la caracterización de la almidón sintasa III (SSIII) de Arabidopsis thaliana (AT1G11720). Dicha proteína no había sido clonada ni caracterizada previamente. Los estudios preliminares mostraron que la porción amino terminal es portadora de tres regiones repetitivas con características de dominios SBD, hasta ese momento no descriptos en enzimas vinculadas con la síntesis de almidón, pertenecientes a la familia CBM53. Estudiando la capacidad de unión a distintos polisacáridos (almidón, amilosa, amilopectina, celulosa y xilanos) comprobamos que SBD123 tiene la capacidad de unirse a los cinco polisacáridos, dos de ellos componentes de la pared celular vegetal. Esto refleja la promiscuidad de tales dominios, ya que no sólo se unen a sustratos diferentes de su sustrato natural, sino que lo hacen con mayor avidez. Tales experimentos nos permitieron postular el uso de SBD123 como herramienta biotecnológica para modificar la estructura y/o el contenido de pared celular y de almidón de plantas. Para verificar nuestra hipótesis, se construyeron dos líneas de plantas transgénicas que sobreexpresan el extremo N-terminal de SSIII de A. thaliana específicamente en pared (E8-SBD123.1 y E8-SBD123.2) y que presentaron características fenotípicas destacables. Por lo tanto, se propusieron como objeto de estudio los dominios de unión a almidón (“Starch Binding Domains”, SBD, familia CBM53) de la almidón sintasa III de Arabidopsis thaliana y los CBM de ATXYN1, una endo-1,4-beta-xilanasa también de A. thaliana (familia CBM22). El abordaje fue llevado a cabo, utilizando análisis bioinformáticos, evolutivos e ingeniería de proteínas, así como técnicas moleculares y fisiológicas que nos brindaron información sobre su bioquímica, estructura y función y de su rendimiento o in vitro o in vivo como herramienta biotecnológica. En primer lugar, realizamos una caracterización de los parámetros fenotípicos de las plantas E8-SBD123 observando un aumento general en el tamaño y en la biomasa de dichas plantas en comparación con Col-0, además de una modificación en los parámetros de crecimiento reproductivo (tasa elongación del tallo, proporción de tallo y la longitud del hipocótilo). Estos parámetros se encuentran asociados a la etapa de crecimiento reproductivo, gobernada por la auto-preservación del SAM (meristema apical del tallo) por proliferación celular y la extensión del tallo por expansión celular. Sin embargo, no se observaron diferencias en la longitud del hipocótilo cuando las plántulas fueron sometidas a oscuridad continua. Adicionalmente se determinó que existe un aumento en la tasa de crecimiento, confirmado por técnicas de microscopía óptica. En el caso de las hojas, observamos que un aumento del 20% en el área foliar en las plantas transgénicas puede ser explicado solamente por un aumento del 20% del área celular promedio, no siendo significativa la contribución del número celular. Adicionalmente, observamos alteraciones en la composición de la pared celular de las plantas transgénicas en distintos órganos. Específicamente observamos aumento en los niveles de hemicelulosas y pectinas, los cuales pueden deberse a una respuesta de la planta para soportar las fuerzas de tensión. Por último, detectamos que estas plantas son capaces de producir mayor cantidad de azúcares fermentables en comparación con Col-0. Debido a que utilizamos a los SBD de la SSIII para alterar la estructura de la pared celular, y a que los precursores para la síntesis de celulosa y almidón son compartidos, decidimos evaluar los niveles de almidón transitorio y sacarosa, en hojas de las plantas de A. thaliana transformadas. Para esto, determinamos el contenido de almidón en función del tiempo, encontrando una disminución significativa a mitad del día en las líneas E8-SDB123.1 y E8-SDB123.2. Además, detectamos una variación en la relación amilosa/amilopectina. Por medio de TEM (microscopía electrónica de trasmisión), no pudimos determinar diferencias en el número de gránulos de almidón por cloroplastos, pero si una alteración en la forma y tamaño de los gránulos de almidón. Adicionalmente, se evidenció una disminución significativa en la actividad almidón sintasa total, y un aumento en la actividad de enzimas como la sacarosa sintasa (SUS) y la invertasa ácida (IA) en ambas líneas transgénicas, en comparación con la línea control. De esta forma, proponemos que el aumento en la actividad IA puede actuar como fuerza motriz de la expansión celular informada en las plantas transgénicas, y que tanto la alteración en la composición de la pared, como el aumento en la biomasa observado en las líneas transgénicas, pueden explicar un aumento en la demanda de azúcares en el apoplasto y, en consecuencia, un aumento en la actividad SUS.

Fil:Santa María, Cristóbal Raúl. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

El presente trabajo de tesis se basa en el estudio de multicapas enzimáticas y electrodos enzimáticos destinados a la fabricación de biosensores y biocátodos para celdas de combustible. Las multicapas, de espesores nanométricos, se fabricaron utilizando el método de autoensamblado capa por capa, empleando enzimas y el polielectrolito electroactivo PAH-Os. El primer objetivo es extender el sistema de reconocimiento molecular de glucosa integrado por una enzima redox (GOx) mediada por su cable molecular (PAH-Os) (que ha sido estudiado previamente en este laboratorio) al diseño de un nuevo biosensor que brinde posibilidades de sensado únicas y permita sensar diferentes analitos. A este respecto se construyó el primer nanobiosensor óptico autoensamblando capa por capa esos dos componentes sobre la superficie de nanopartículas de Oro para dar una transducción óptica que además aprovecha las propiedades plasmonicas de las nanopartículas de Oro. El segundo objetivo es extender ese mismo sistema (GOx/PAH-Os) a un sistema que emplee una enzima redox diferente, y que también posea interés industrial. En esta dirección, se estudió el sistema Lacasa/PAH-Os como biocátodo para celdas de combustible (la Lacasa es una enzima redox que cataliza la oxidación de bifenoles reduciendo O2 a H20). Se encontró que durante la electroreducción de oxígeno, catalizada por Lacasa y mediada por PAH-Os, la enzima produce pequeñas cantidades de peróxido de hidrógeno (que además la inhiben), demostrándose que el mecanismo de Solomon, que predice la reducción de oxígeno por 4 electrones sin producción de H2O2 es incompleto, al no tener en cuenta el camino de la desorción del H2O2 observado en el presente estudio. Este biocátodo, en condiciones de convección forzada, posee una actividad específica considerable de 0.3mA.cm^-2 a un potencial de 0.3V lo cual lo convierte en un posible candidato para su implementación en celdas de biocombustible. Se comparó además este biocátodo con el sistema que emplea transferencia electrónica directa de la enzima con una superficie de carbono grafitico, mostrándose además por primera vez las curvas de calibración de de un sistema de este tipo. Se compararon ambos biocátodos entre sí y a éstos con un cátodo de Platino, concluyendo que el biocátodo no mediado no es apto para la producción de potencia eléctrica debido a una bajísima actividad específica. En base a las evidencias previas a esta tesis, sobre el marcado efecto de la naturaleza y carga de la ultima capa de multicapas electroactivas en el fenómeno de transporte electrónico, se estudió este mismo fenómeno en los dos electrodos enzimáticos (PAH- Os/Lac, PAH-Os/GOx), observándose que el proceso biocatalítico es seriamente impedido por la adsorción de un polianión, reflejado a través de la abrupta caída en el coeficiente de difusión del electrón.

En el Capítulo I hemos dado una breve introduccion a la teoría de operadores elípticos y problemas elípticos de borde: condiciones que deben ser satisfechas para definir un problema elíptico, propiedades que posee el espectro para estos operadores, condiciones para la definicion de determinadas funciones espectrales y su expresión en terminos de los autovalores del operador. Como ya se remarcó, la existencia de este capítulo esta ampliamente justificada por la importancia y uso de las funciones espectrales en teoría cuantica de campos. En el Capítulo II estudiamos la conexion existente entre energías de Casimir para campos escalares regularizadas vía funcion ς y vía cutoff exponencial. Mostramos que, en general, ambos esquemas de regularizacion conducen a contribuciones divergentes y a partes finitas mínimas que no coinciden. Determinamos los coeficientes que aparecenen una y otra aproximacion. Discutimos el acuerdo con nuestras predicciones en el caso de campos en cajas d-dimensionales bajo condiciones periodicas de borde. Finalmente, aplicamos nuestros resultados a campos escalares no masivos en esferas (un ejemplo en el que permanecen ambiguedades bajo las prescripciones físicas usualmente impuestas para extraer un resultado finito). En el Capítulo III, luego de dar una breve presentacion sobre extensiones autoadjuntas de operadores diferenciales, estudiamos el problema de un campo de Dirac sinmasa (en 2 + 1 dimensiones) en el background de una cuerda de flujo de AharonovBohm. Excluimos el origen imponiendo condiciones de contorno espectrales a un radio finito que es luego llevado a cero; obtuvimos de esa forma una de las posibles extensiones autoadjuntas del Hamiltoniano radial, que resulta compatible con un campo magnetico tipo δ de Dirac en el origen y que respeta la invarianza ante traslaciones enteras del flujo reducido. Hemos dado así una aplicacion física de las condiciones espectrales, habitualmente usadas solo por su interés matemático. Después de confinar la teoría a una region finita, chequeamos la consistencia con el teorema delíndice de Atiyah-Patodi-Singer y evaluamos el numero fermi ónico y la energía de Casimir. En el Capítulo IV calculamos la energía de Casimir para campos de Dirac masivos en 2 + 1 dimensiones, confinados a una region espacial finita mediante condiciones de contorno de la bolsa de MIT, en presencia de un campo de background deAharonov-Bohm. Tratamos dos posibles extensiones autoadjuntas del Hamiltoniano y comparamos sus resultados. Hallamos que las energías de Casimir obtenidas para estas extensiones autoadjuntas son radicalmente diferentes, enfatizando el hecho de que describen distintas situaciones físicas; en particular, para una de ellas, y como consecuencia de la presencia de la masa, la energía resulta discontinua a valores enteros del flujo. Por ultimo, en el capítulo V obtuvimos, mediante la funcion ς, la accion efectiva a 1-loop para campos de Dirac masivos en presencia de un campo de background electromagnetico uniforme pero de magnitud arbitraria. Mostramos el acuerdo entre nuestro resultado general y otros previos, obtenidos mediante otros esquemas de regularizacion.

En esta tesis se estudian las aplicaciones de la conjetura gravedad/gauge (AdS/CFT) al cálculo de funciones de correlación y lazos de Wilson en teorías de gauge mínimamente supersimétricas conformes y no conformes. También se desarrolla un ejemplo de la aplicación de la conjetura al estudio de la termodinámica de un sistema superconductor de interés en el contexto de materia condensada. En el capítulo 1 se introducen los conceptos fundamentales de la correspondencia AdS/CFT, en el capítulo 2 se extenderá la prescripción de Gubser-Klebanov-Polyakov-Witten (GKPW) a duales gravitatorios con más de un borde. En el capítulo 3 se discutirá y aplicará la prescripción de Maldacena-Rey para calcular el potencial quark-antiquark y el monopolo-antimonopolo en diferentes fondos gravitatorios duales a teorías conformes y no conformes. En particular, se analizará la estabilidad de las soluciones clásicas frente a pequeñas fluctuaciones. En el capítulo 4 se investigarán las propiedades termodinámicas y de la entropía de entrelazamiento en sistemas superconductores del tipo p y p + ip en 2 + 1 dimensiones a través de sus modelos duales gravitatorios. Se estudiará el limite en que el número de grados de libertad cargados es comparable con el número de grados de libertad totales, lo cual corresponde a considerar en la descripción gravitatoria la deformación de la geometría debida a un campo de gauge no Abeliano

En esta tesis se consideraron varios tópicos asociados a la aplicación de la correspondencia AdS/CFT a sistemas de materia condensada. En particular se estudiaron modelos holográficos de superconductores, metales extraños e inestabilidades fermiónicas que pueden presentar los mismos. El capı́tulo 1 es una introducción donde se exponen los objetivos y motivaciones para estudiar estos sistemas. En el capı́tulo 2 se resumen las ideas y conceptos fundamentales para entender la teorı́a de cuerdas y la correspondencia AdS/CFT . En el capı́tulo 3 se introducen conceptos básicos de la teorı́a de la Materia Condensada pertinentes a la Tesis. En primer lugar los superconductores, cuáles son los fenómenos fı́sicos detrás de ellos y cómo es el marco teórico-matemático para describirlos. Posteriormente se introducen los lı́quidos de Fermi, su descripción a través de la teorı́a de Landau, y la existencia de una fase denominada de metal extraño que experimentan los superconductores de alta temperatura, donde dicha teorı́a no es aplicable. En el capítulo 4 se introducen los modelos holográficos más básicos para describir superconductores, metales extraños y sistemas de electrones a potencial químico finito. En el capı́tulo 5 se presenta el análisis de un sistema del tipo gravedad-Yang-Mills-Higgs que modela holográficamente un superconductor de onda p/p + ip. En tal sistema se calculan varias propiedades fı́sicas de interés y se hace una comparación entre ellas. Se estudian además soluciones a temperatura y entropı́a nulas. En el capı́tulo 6 se analizan funciones espectrales de campos fermiónicos a temperatura finita en el fondo de un superconductor de onda p, teniendo en cuenta el efecto sobre la geometrı́a de los campos de calibre. En el capı́tulo 7 se estudia el cruce entre un lı́quido de Fermi y un metal extraño introduciendo una variable de dopaje desde el lado gravitatorio. Por último, en el capítulo 8 se generaliza el método de Pomeranchuk en un espacio-tiempo curvo específico, para poder estudiar inestabilidades de la superficie de Fermi de un sistema de electrones fuertemente acoplado que pueden dar lugar a fases nemáticas o esmécticas.

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2015

Fil:Gysin, Liliana Mabel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.