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Interpretar adecuadamente las interacciones moleculares, los mecanismos de reacción y la cinética intrínseca es de fundamental importancia para realizar un diseño racional de nuevos catalizadores. En esta tesis doctoral se presenta la implementación de metodologías novedosas de análisis cinético por medio de técnicas de espectroscopia molecular in-situ y operando para el estudio de reacciones catalíticas heterogéneas. En particular, se utilizó la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) en modo de reflexión total atenuada (ATR) para estudiar la interacción líquido(reactivo)/sólido(catalizador) y en modo de reflectancia difusa (DRIFT) para el estudio de reacciones que ocurren en la interfase gas(reactivo)/sólido(catalizador). Uno de los mayores desafíos de las espectroscopias in-situ es la identificación de las especies activas de la reacción, es decir, los intermediarios. Para tal fin se presenta en esta Tesis la implementación y desarrollo de la técnica de espectroscopia de excitación modulada (MES) en conjunto con el algoritmo de detección sensible de fase (PSD) para la detección sensible y selectiva de intermediarios de reacción. Más aún para obtener información cinética cuantitativa de las especies activas, es necesario el desarrollo de celdas espectroscópicas que se comporten como microreactores ideales. Por lo tanto, un aspecto primordial de esta tesis es el diseño y fabricación de estos dispositivos. Se espera que los resultados presentados en esta tesis doctoral permitan sentar las bases para el desarrollo de metodologías cuantitativas para la determinación de velocidades de reacción verdaderas de procesos superficiales, tanto en fase líquida como gas, empleando técnicas de espectroscopia molecular en estudios operando.

El objetivo de esta Tesis fue evaluar la efectividad de procesos avanzados, con énfasis en los fotoquímicos, para la remoción de arsénico (As). El As es un contaminante de origen principalmente natural, extremadamente tóxico, y se encuentra disuelto en aguas en forma de As(III) y As(V), afectando grandes áreas de nuestro país y del mundo. Se investigaron dos procesos avanzados en fase acuosa. Por un lado, se estudió la fotocatálisis heterogénea reductiva con TiO2 bajo luz UV (FHR) para la transformación de As en la especie no tóxica As(0) y, por otra parte, la remoción de As con nanopartículas de Fe(0) y de magnetita, principalmente en condiciones oxidativas, en oscuridad y bajo irradiación UV-vis. Se investigó la FHR en condiciones anóxicas para la reducción de As(III) y As(V) a distintas concentraciones. Partiendo de una concentración 0,525 mM a pH 3, con el agregado de metanol (MeOH) como agente donor de electrones, se evaluó el efecto de la concentración de MeOH en la velocidad, encontrándose que su adición facilita la FHR y que, en el caso del As(V), es indispensable para que ocurra la transformación, pero no lo es en el caso de As(III). En todos los casos, los productos de la FHR fueron As(0) y AsH3(g) (As(-III)). Se estudió también el efecto del pH en el caso particular de As(III) ya que era necesario conocer si el agregado del ácido era indispensable. Se observó que, a pH alcalino (sin agregado de ácido), la reducción era más eficiente, produciéndose mayor cantidad de As(0) y de AsH3(g). La presencia de As(0) sobre la superficie del TiO2 fue verificada por las técnicas XPS y XANES. El proceso reductivo resultó muy eficiente a pH 3 para As (V ó III) a concentraciones más bajas (por ejemplo, 1 mg L−1, un valor comúnmente hallado en aguas contaminadas naturales), lográndose niveles de As más bajos que los establecidos por la regulación para aguas de bebida (< 10 g L−1), en menos de 30 min. La formación de As(0) resulta una forma excelente para la inmovilización de As(V) y As(III) presentes en medio acuoso. Sin embargo, la generación de AsH3 requiere medidas como la adsorción sobre catalizadores, un segundo paso de FH oxidativa o la utilización de condiciones menos reductoras; esta alternativa fue estudiada de manera preliminar indicando que, en ciertas condiciones experimentales, podría evitarse su formación. Por otra parte, se estudió la remoción de As(III) de soluciones acuosas empleando nanopartículas de Fe(0) (nZVI). Se ensayaron diferentes relaciones de concentración másica de As a Fe total (RC 1:3, 1:10 y 1:100), bajo atmósfera de O2. Se estudió también el efecto de la luz UV-vis. La RC más efectiva, a los 60 min de tratamiento, fue 1:100, con resultados de remoción de 70% en oscuridad, que mejoró a 90% bajo UVvis. Esta RC fue investigada también para la remoción bajo corriente de N2. Los productos sólidos fueron analizados por espectroscopías Mössbauer, XANES y EXAFS con luz sincrotrón, lo que permitió dilucidar las fases de Fe y la especiación de As. Se confirmó mediante XANES que el tratamiento implica la oxidación de As(III) a As(V). En particular, en la condición más efectiva, es decir, RC 1:100 (O2 y luz), se halló mayor porcentaje de As(V) en el sólido y de óxidos de Fe, indicando que la oxidación de As y la formación de óxidos frescos favorecen la remoción. Mediante los espectros Mössbauer, se pudo observar que el As se encuentra incluido en la estructura de los óxidos de Fe. Se estudió además la remoción de As(V) con distintas RC (1:50,1:100,1:10000) en la oscuridad y, con la RC más eficiente (1:100), se estudió el efecto de la luz UV-vis. Se obtuvo remoción total a los 60 min, sin que se registrara, en este caso, efecto de la irradiación. Para confirmar la importancia de las fases oxidadas se estudió la remoción de As(III) y As(V) con nanomagnetita (NM), RC 1:10 y 1:50, en la oscuridad y bajo irradiación UV-vis en atmósfera de O2. A los 60 min, para As(III) con RC 1:50, se alcanzó 73% de remoción en la oscuridad y 90% bajo irradiación, mientras que con As(V) la remoción fue total en ambas condiciones. Se propuso que la alta eficiencia de remoción con nZVI y NM está relacionada con la generación de óxidos in situ. En el caso de As(III), el aumento de la eficiencia bajo irradiación puede explicarse por un incremento en la oxidación de As(III) a As(V) y en los procesos autocatalíticos Fe(II)/Fe(III) que forman óxidos frescos de alta superficie específica. La utilización de nZVI y NM representa una excelente opción para el tratamiento de As frente a los tratamientos convencionales, dado que su aplicación es simple, de bajo costo y de muy baja generación de residuos sólidos.

Se estudió la eliminación del U(VI) mediante dos procesos fotoquímicos. Se analizó la transformación fotoquímica del U(VI) bajo irradiación UV-vis sin catalizador (TF) (Cap. 2) y con TiO2 (FHR) en distintas condiciones experimentales (Cap. 3 y 4). El objetivo de la tesis fue analizar el rol de distintas variables relevantes en procesos fotoquímicos, dilucidar mecanismos de reacción y determinar parámetros cinéticos involucrados en la remoción de U(VI) de solución acuosa, para generar herramientas que permitan controlar los procesos involucrados en aplicaciones como tratamiento de aguas naturales o de desecho. En el Cap. 2 se evaluó la eficiencia de la TF en la remoción de U(VI) (0,25 mM), pH 3, bajo atmósfera de N2 y en presencia de 2-propanol (2-PrOH) y ácido fórmico (AF) como agentes reductores. Se estudiaron los efectos del contraión de la sal de uranio utilizada (nitrato, acetato, y perclorato), y del rango de longitud de onda empleada (lámpara de inmersión de Hg de media presión con reactor de cuarzo (230 < λ/nm < 450) o de vidrio (λ > 300 nm). En ausencia de donores, no hubo variación en la concentración de U(VI), excepto en los experimentos con acetato de uranilo, donde la remoción llegó al 16%; el espectro de la solución al final de la reacción mostró la presencia de U(V). Se obtuvieron altos valores de transformación con 2-PrOH y AF. La remoción de U(VI) y la velocidad inicial de reacción fueron mayores con el reactor de cuarzo, atribuible a la mayor intensidad de luz incidente en la solución. El menor rendimiento se obtuvo con acetato, debido a la formación de un complejo de U(IV)- acetato hidrolizable y fácilmente reoxidable en contacto con O2. La mayor eficiencia se obtuvo con nitrato de uranilo, 2-PrOH 1 M y reactor de cuarzo, obteniéndose una disminución en la concentración de U(VI) superior al 95% en 15 min de reacción. En este caso, se generó un depósito gris oscuro muy estable, cuyo análisis por DRX indicó que se trataba de un óxido mixto de U(VI)-U(IV), hecho que confirma la reducción del U(VI). En presencia de AF 1 M, si bien se produce la reducción de U(VI), la especie resultante es un complejo de U(IV)-formiato, soluble en agua, que fue detectado espectrofotométricamente. El sistema fotoquímico más eficiente es el que usa 2-PrOH. En el Cap. 3, se evaluó la eficiencia de la FHR en la remoción de U(VI) (0,25 y 1,25 mM) a pH 3 en presencia de 2-PrOH a distintas concentraciones empleando dos sistemas de irradiación (S), uno de ellos denominado SI (lámpara de alta presión de Xe provista de un filtro BG12 300 < λ < 500, λmáx. = 400 nm) y el otro el mismo usado en la TF (SII). Los mejores resultados se obtuvieron con el SII y reactor de cuarzo, lo cual indicó que los procesos son favorecidos por un mayor número de fotones. La eficiencia de remoción con U(VI) 0,25 mM sin donor fue baja, alcanzándose el 20% en 30 min. La presencia de 2-PrOH es necesaria para que ocurra una mayor remoción de U(VI). La máxima eliminación (80%) se obtuvo con la mayor concentración de 2-PrOH (10 M), en 10 min de reacción. El mayor rendimiento fotocatalítico se obtuvo con nitrato o perclorato de uranilo, tanto en ausencia como en presencia de 2-PrOH (1 ó 10 M). Se comprobó, al igual que en ausencia de TiO2 (Cap. 2), que el acetato afecta negativamente la eliminación de U(VI), ya que el U reducido queda en solución y no puede ser recuperado. El análisis por DRX confirma la deposición de óxidos de U(IV) de estequiometria variable según las condiciones, demostrando que el proceso fotocatalítico ocurre por reducción del U(VI) y precipitación. El análisis por XPS de los sólidos también confirmó la presencia de U(IV) sobre el TiO2. Por otra parte, la transformación fue más eficiente partiendo de U(VI) 1,25 mM, llegando a valores cercanos al 100%. Sin embargo, en estas condiciones, la contribución de la TF de U(VI) fue muy significativa. Por último, en el Cap. 4, se evaluó la eficiencia de la FHR de 0,25 mM U(VI), pH 3 y AF empleando los sistemas de irradiación antes mencionados. Se obtuvieron altos valores de remoción para todas las concentraciones de AF ensayadas, obteniéndose 80% con AF 0,01 M en 10 min de reacción. Se comprobó que altas concentraciones de AF resultan contraproducentes debido a que favorecen la reoxidación del uranio reducido (Cap. 2). Se concluye que es más apropiado el uso de la FH frente a la transformación fotoquímica homogénea como método de remoción de uranio de aguas, debido a que, en presencia del catalizador, se facilita la recuperación del uranio reducido por su deposición sobre el TiO2, lo que hace más estable los depósitos generados y menos dificultosa su separación de la fase líquida.

El desarrollo de estrategias para incrementar la producción agrícola es de relevancia debido a la importancia de los vegetales en la alimentación humana. Entre estas estrategias se incluyen la expansión de la frontera agrícola a zonas menos aptas, como los ambientes fríos o áridos, pero es necesario que las plantas puedan resistir y prosperar en esas condiciones. El uso de cultivos transgénicos resistentes a la sequía constituye una buena alternativa que puede ser mejorada con el uso de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB), que puedan desarrollarse en condiciones de estrés, manteniendo sus actividades. El objetivo de este trabajo consistió en el análisis de cepas bacterianas aisladas de suelos, con diferentes regímenes hídricos, y de Pseudomonas extremaustralis, procedente de un ambiente extremo, en cuanto a su potencialidad para ser utilizadas como promotoras de crecimiento vegetal. Además se analizó la influencia de cultivos de maíz genéticamente modificados (GM) resistentes a la sequía sobre la composición de las comunidades bacterianas del suelo por técnicas secuenciación masiva. Las características de PGP en P. extremaustralis se analizaron en comparación con P. protegens Pf-5, una conocida PGPB. P. extremaustralis presentó una buena capacidad de solubilización y mineralización de fósforo, tanto a 28°C como en frio. El perfil de ácidos orgánicos, responsables de la solubilización de fosfato inorgánico, fue diferente al de P. protegens Pf-5. Estas diferencias se correlacionaron con la ausencia del gen gad responsable de la producción de 2-ceto-gluconato, en el genoma de P. extremaustralis. Esta bacteria también fue capaz de producir ácido indol acético (AIA) y posee genes relacionados a la resistencia a ácido fusárico y otros que la capacitan para resistir la desecación. Posee también la ruta metabólica completa para la síntesis y liberación de pioverdinas y se observó un efecto del regulador global anaeróbico Anr sobre la producción de estos compuestos. Ensayos de quimiotaxis mostraron que P. extremaustralis es atraída por exudados radiculares de plantas de trigo y es capaz de colonizar raíces de trigo y maíz de forma estable e incrementar el peso seco de vástago de plantas de trigo, mostrando que además de sus características como PGPB es capaz de interactuar con vegetales. También se analizaron características de PGP en aislamientos bacterianos obtenidos a partir de suelos de la provincia de Buenos Aires con distinto régimen de lluvias. Se obtuvieron 19 cepas bacterianas capaces de solubilizar fósforo, 3 de las cuales mostraron una alta capacidad de solubilización. Se encontraron 22 aislamientos positivos para la producción de AIA. Se observó un efecto positivo sobre el crecimiento de plantas de maíz en un sistema axénico autotrófico de 2 de las cepas, IIM-Man4 e IIA-Man30, indicando que pueden ser buenas candidatas como PGPB. Para analizar si existe un impacto de plantas GM resistentes a la sequía sobre la comunidad bacteriana del suelo se realizaron experimentos en macetas con suelo de dos localidades Río Cuarto(RC) e Inés Indart (II) en cámaras de cultivo con condiciones controladas, utilizando cultivares de maíz portadores del gen Hahb4 que confiere resistencia a sequía y salinidad. Las plantas fueron sometidas a dos tratamientos hídricos: alta y baja irrigación. Se analizó la diversidad bacteriana de las muestras de suelo mediante la secuenciación de amplicones del gen que codifica el 16S rRNA. Los suelos analizados fueron diferentes en cuanto a la α diversidad. En II no hubo diferencias en β diversidad, mientras que en RC se encontraron diferencias al utilizar los índices cuantitativos (Bray Curtis y Weighted UniFrac) al comparar el tipo de planta. La composición de los grupos mayoritarios fue similar, siendo las Proteobacterias el más representado en ambos suelos con alrededor del 30%, seguido por Acidobacterias con alrededor del 17% y Planctomycetes y Verrucomicrobia representando aproximadamente un 10% del total cada uno. En todas las muestras el género predominante fue Acidobacterium con 14 a 20 % de los registros (lecturas). La mayoría de los géneros presentó una abundancia relativa de 0,01-0,1 %. Se realizó un análisis para determinar que géneros bacterianos son afectados por cada condición de riego. Se detectaron 10 géneros en II y 16 géneros en RC que estuvieron significativamente (p<0,05) más representados en la condición de sequía con respecto a buena irrigación; siendo Chromatium, perteneciente a las Gamma Proteobacterias, el que mayor proporción de cambio mostró en II y Amycolatopsis, perteneciente al grupo de las Actinobacterias, y Nevskia, dentro de las Gamma Proteobacterias, en RC. También se observaron 29 géneros que mostraron diferencias significativas en relación al tipo de planta en II y 61 géneros en suelo de RC. Los tratamientos tuvieron menos efecto en II en comparación con RC. En II no se observaron diferencias significativas ni con el régimen de irrigación ni con el tipo de planta y hubo un menor número de géneros afectados. EN RC se observó un efecto significativo del tipo de planta pero no de la irrigación.

La trombocitemia esencial (TE) y la mielofibrosis con metaplasia mieloide son enfermedades mieloproliferativas crónicas que se caracterizan por aumento de megacariocitos en médula ósea. Los pacientes con TE presentan además, aumento del recuento plaquetario en sangre periférica. Se estudió un grupo de pacientes con TE sin tratamiento y durante la normalización del recuento plaquetario por el tratamiento con anagrelide. En ellos se evaluó el nivel proteico en el plasma y en las plaquetas y el nivel de ARN mensajero intraplaquetario de tres citoquinas relacionadas con el desarrollo de fibrosis medular, el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), el factor de crecimiento transformante β (TGFβ) y el factor de crecimiento fibroblástico básico (bFGF). Se observó un incremento significativo en el nivel plasmático del PDGF que se normalizó con la reducción del recuento plaquetario por el tratamiento. Los pacientes que tenían fibrosis reticulínica leve en la biopsia de médula ósea mostraron mayores niveles de PDGF plasmático con respecto a los pacientes que no tenían fibrosis. Esta citoquina se encontró disminuida en las plaquetas y nuevamente los valores se normalizaron con el tratamiento. A diferencia de los niveles plasmáticos, los intraplaquetarios no se relacionaron con la presencia o ausencia de fibrosis en la médula ósea. El ARN mensajero se encontró disminuido antes y durante el tratamiento. La normalización del nivel plasmático de PDGF durante el tratamiento puede indicar que su incremento en el plasma se debe a liberación plaquetaria. La disminución del contenido intraplaquetario también podría atribuirse a una disminución de su síntesis en el megacariocito dado que se encontró disminuido el ARN mensajero. Los niveles plasmáticos del TGFβ se encontraron aumentados y los intraplaquetarios normales antes y durante el tratamiento y no se encontró relación con la presencia o ausencia de fibrosis reticulínica leve. El ARN mensajero intraplaquetario se encontró aumentado y se normalizó durante el tratamiento. Dado que el nivel plasmático de esta citoquina permaneció elevado aún con recuento plaquetario normal, se buscó la participación de otra fuente celular en este incremento. Se vió por inmunofluorescencia, la presencia de la citoquina en linfocitos y megacariocitos, la intensidad de marcación fue similar a la de los controles normales. Por lo tanto, los megacariocitos y no los linfocitos podrían ser una posible fuente celular causante del incremento plasmático, dado que su número se encuentra elevado en los pacientes con esta enfermedad. Los niveles plasmáticos e intraplaquetarios del bFGF se encontraron aumentados en los pacientes sin tratamiento y si bien disminuyeron significativamente con la normalización del recuento plaquetario, permanecieron aumentados con respecto al control. No se encontró relación con la presencia o ausencia de fibrosis reticulínica leve en la médula ósea. El ARN mensajero de la citoquina se encontró normal. Dado que el nivel plasmático se reduce cuando se normaliza el recuento plaquetario la liberación de esta citoquina podría ser atribuida en parte a las plaquetas. Pero por otro lado, se buscó la participación de otra fuente celular. Se vió por inmunofluorescencia, la presencia de la citoquina en linfocitos y megacariocitos con intensidad de marcación similar a la de los controles normales. Por lo tanto, también en este caso, los megacariocitos y no los linfocitos podrían ser una posible fuente celular causante del incremento plasmático. El aumento de estas citoquinas en el plasma de los pacientes con TE puede sugerir que éstas juegan un rol en la patogenia de la enfermedad. Los niveles del TGFβ intraplaquetarios normales con el aumento de su ARN mensajero y el aumento intraplaquetario del bFGF con el nivel de su ARN mensajero normal puede indicar una desregulación en su síntesis. Por otro lado se estudió el efecto del TGFβ sobre plaquetas normales. Se encontró la presencia de un número bajo de receptores en la membrana plaquetaria y se estudió el efecto de la citoquina sobre la agregación plaquetaria. El efecto del TGFβ sobre la función plaquetaria fue variable dependiendo tanto del tiempo de incubación como de la concentración de ADP utilizada como agonista. Se observó que el TGFβ potencia la agregación plaquetaria tanto en incubaciones de las plaquetas con la citoquina por períodos cortos como por períodos largos utilizando ADP en bajas concentraciones y tiene el mismo efecto cuando se incuban las plaquetas por periodos largos pero se utilizan concentraciones altas de ADP para inducir la agregación. En cambio, produce un efecto inhibitorio cuando las plaquetas se incuban con la citoquina por períodos cortos y se las estimula con concentraciones de ADP altas. En todos los casos el efecto fue leve y se corresponde con el bajo número de receptores encontrado por plaqueta. Las incubaciones de plaquetas con TGFβ in vitro durante tiempos largos podrían semejar situaciones patológicas en donde hay niveles altos de la citoquina durante tiempos prolongados. De esta manera, las plaquetas circulantes están continuamente expuestas a esta citoquina y ante un estímulo plaquetario las mismas responderían en forma incrementada Este sería el caso de la TE. La respuesta inhibitoria observada en tiempos cortos podría indicar un posible mecanismo de regulación negativa de la activación plaquetaria ante un estímulo intenso, en el sitio de injuria. Al estudiar el mecanismo por el cual la citoquina modula la función plaquetaria, se vió que cuando la activación plaquetaria está inhibida, la presencia de la citoquina no induce en forma directa la fosforilación de proteínas en residuos tirosinas. Al evaluar la fosforilación de proteínas durante la agregación plaquetaria inducida por ADP, en presencia de la citoquina, se vió una disminución en la intensidad de dos bandas correspondientes a 100 y 105 kd que estan relacionadas con la agregación. Este efecto se observó sólo al incubar las plaquetas durante 5 minutos en precencia de la citoquina y concuerda con el efecto inhibitorio causado por el TGFβ en la agregación plaquetaria.

Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la enfermedad de Chagas es una de las principales enfermedades desatendidas del subcontinente latinoamericano. El agente causante es el parásito protozoario Tripanosoma cruzi, transmitido a humanos por insectos triatominos de distintas especies. Debido a la ausencia de vacunas y tratamientos efectivos para la etapa crónica de la enfermedad, el control del vector sigue siendo el medio elegido para reducir el riesgo de transmisión. Después de casi 30 años de tratamiento con insecticidas piretroides, han emergido poblaciones de Triatoma infestans con altísimos niveles de resistencia, asociadas a fallas en las campañas de control, lo que plantea la necesidad de programas para el manejo de resistencia a nivel regional. Un requerimiento fundamental para ello es la detección temprana de la dispersión de poblaciones e individuos resistentes, así como del surgimiento de nuevos focos. Los piretroides ejercen su acción insecticida modificando el funcionamiento fisiológico de canales proteicos de Na+ dependientes de voltaje (NaV), presentes en la membrana de células excitables. Se conoce como kdr (knockdown resistance) a la reducción en la sensibilidad a piretroides causada por mutaciones puntuales en el gen NaV. El mecanismo de resistencia tipo kdr ha sido descrito en numerosas especies de insectos de interés económico y sanitario. La gran mayoría de las mutaciones correlacionadas con resistencia a piretroides se encuentra en el dominio II de esta proteína. El diseño de ensayos moleculares para detección de mutaciones asociadas a resistencia habilita la detección temprana de dispersión y surgimiento de nuevos focos, al permitir detectar la presencia de dichas mutaciones en insectos individuales, cuando la frecuencia poblacional de las mismas aún es baja. La detección temprana no puede conseguirse con ensayos de toxicidad, que detectan resistencia a nivel poblacional y no individual. En este sentido, en la primera parte de esta Tesis se realizó una evaluación de la sensibilidad y una optimización de los métodos moleculares de detección de mutaciones asociadas a resistencia, seguida de un estudio de la presencia de mutaciones para la región IIS4-IIS6 del gen del canal TiNav presentes en distintas poblaciones de T. infestans resistentes a piretroides provenientes de la ecoregión del Gran Chaco. Por otro lado, a través de una secuencia de TiNav detectada en una base de datos transcriptómica depositada en vector base (https://www.vectorbase.org/), complementada con el clonado y pirosecuenciación de regiones concretas del gen, se obtuvo la secuencia nucleotídica completa del mismo, y se realizó una caracterización bioinformática de la secuencia aminoacídica. Los resultados de esta parte del trabajo podrían tener aplicabilidad en el manejo de resistencia dentro de las campañas de control primario de Chagas. Durante el transcurso de la primera parte de la Tesis hemos encontrado que, aunque las mutaciones en el gen TiNav parecen ser la principal causa de resistencia a piretroides en T. infestans provenientes del Gran Chaco, no toda la resistencia es explicable por estos polimorfismos; distintas poblaciones con la misma frecuencia en una mutación kdr presentaron tasas de resistencia muy variables. Esto puede indicar que existen otros mecanismos de resistencia potencialmente involucrados en el fenómeno, tales como procesos de detoxificación y cambios en la penetrancia cuticular. En la segunda parte de esta Tesis, se realizó un estudio comparativo de la expresión diferentes enzimas detoxificativas entre una población sensible y una resistente de T. infestans provenientes del Gran Chaco. También se estudió la expresión génica en una población sensible expuesta a deltametrina, a fin de estudiar su posible papel en la respuesta detoxificativa a insecticidas piretroides, y posiblemente en la resistencia. Los experimentos mostraron una sobreexpresión de un citocromo P450 del clado 4 en la población resistente de T. infestans del Gran Chaco. No detectamos cambios en la expresión de las enzimas estudiadas cinco horas después de una topicación con deltametrina. Se estudió el rol de una Glutatión Transferasa del clado Delta (deltaGST) en la detoxificación de deltametrina. Se realizaron estudios bioinformáticos y de fisiología molecular usando como modelo Rhodnius prolixus. Se registró un aumento en la letalidad causada por dosis bajas de deltametrina cuando la expresión del gen de gst delta fue disminuida significativamente con técnicas de ARN de interferencia. La llamativa conservación en la estructura, función y farmacología del canal de sodio dependiente de voltaje a través del reino animal, genera que aquellos insecticidas que tengan como blanco esta molécula posean también una toxicidad potencial para otras especies. En este sentido, y teniendo en cuenta que las moléculas del sistema neuroendocrino (neuropéptidos y sus receptores) han sido propuestos como blanco de insecticidas, en el Capítulo 3 se estudió la expresión diferencial de genes precursores de diferentes neuropéptidos entre una población de T. infestans sensible a piretroides y otra resistente, a fin de obtener indicios de su posible papel en procesos asociados a resistencia. Por otra parte, se comparó el efecto de deltametrina en la inducción de la expresión de genes precursores de neuropéptidos en una población susceptible de T. infestans. En el Capítulo 4, a partir de secuencias ortólogas en Anopheles gambiae, Apis mellifera, Bombyx mori, Drosophila melanogaster y Tribolium castaneum, se identificaron genes de receptores de neuropéptidos en transcriptomas de T. infestans, Triatoma dimidiata y Triatoma pallidipennis generados en nuestro laboratorio, así como en el genoma de R. prolixus, por medio de búsquedas en bases de datos y análisis filogenéticos. Se espera que esta última parte del trabajo de Tesis aporte conocimientos para ampliar los horizontes en la investigación de posibles nuevos blancos de insecticidas, que sean capaces de reemplazar o complementar a los neurotóxicos dentro de estrategias de manejo integrado de plagas.

La trans-sialidasa de Trypanosoma cruzi es una enzima cuya existencia fue postulada en 1985 cuando se probó que este parásito intracelular de células de mamífero, posee ácido siálico conjugado a sus propias moléculas de superficie. La trans-sialidasa fue posteriormente purificada, caracterizada enzimáticamente y su gen clonado. Así se demostró en primer lugar, que era una actividad novedosa como transglicosidasa, ya que no utiliza como sustrato un dador nucleótido-azúcar, que en todas las otras sialiltransferasas cucarióticas conocidas, es el CMP-siálico. En segundo lugar, el análisis de secuencia reveló una lejana pero evidente homología con varias sialidasas bacterianas, y no con las sialiltransferasas eucariotas. En los últimos años han surgido distintos tipos de evidencias experimentales, que involucran a la trans-sialidasa en los mecanismos de adhesión/invasión de T. cruzi a las células del mamífero huésped, en el escape temprano de parásitos invasivos de la vacuola parasitófora de la célula hospedadora y en la evasión del camino alternativo de fijación del complemento. La actividad de trans-sialidasa, ha sido detectada hasta el momento sólo en T. cruzi y en dos parásitos tripanosomátidos emparentados, T. brucei y Endotrypanum sp. En algunos otros tripanosomátidos se han encontrado sialidasas, pero sin actividad de transferasa detectable, como en el caso de T. rangeli. Hasta ahora no se sabía si la sialidasa de este parásito no patogénico, estaba relacionada con la trans-sialidasa. Con el objetivo de comprender el(los) mecanismo(s) en el(los) que la trans-sialidasa está involucrada, en relación a la interacción huésped/parásito, en este trabajo de Tesis se ha avanzado en distintos aspectos del estudio molecular de la trans-sialidasa de T. cruzi y la sialidasa de T. rangeli: 1. Se optimizaron los sistemas de expresión y purificación de la trans-sialidasa recombinante con el fin de obtener grandes cantidades de proteína >95% pura. 2. Se utilizó trans-sialidasa recombinante pura como material inicial para cristalizar y comenzar estudios cristalográficos por difracción de rayos X, tendientes a resolver la estructura tridimensional de la misma. Además de las variaciones convencionales en los métodos y condiciones de cristalización, y mientras no se obtengan cristales adecuados, se procedió a buscar la separación de dominios parciales de la proteina para cristalizar de forma independiente. 3. En paralelo con los puntos anteriores, se demostró que la sialidasa de T rangelí es homóloga a la trans-sialidasa dc T. cruzi. Para ello se purificó la sialidasa nativa a partir de sobrenadantes de cultivo de T. rangeli, se microsecuenció y se logró clonar trece genes homólogos, miembros de lo que hemos denominado la familia multigénica de la sialidasa de T. rangeli. 4. Tres de los genes clonados codifican proteínas recombinantes con actividad de sialidasa comparable a la de la enzima nativa cuando se expresan en Escherichia coli. Uno de ellos fue secuenciado completamente, revelando una identidad en aminoácidos de 68.9% cuando se lo compara con la trans-sialidasa de T. cruzi, aumentando a una similitud dc 86.7% si se admiten sustituciones conservativas. 5. Se cristalizó la enzima nativa de T.rangeli sola y ligada a un inhibidor competitivo. Se resolvió su estructura tridimensional a partir del patrón de difracción de rayos X, hasta una resolución de 2.2Å. En paralelo se resolvió la estructura tridimensional de la misma proteína acomplejada al inhibidor hasta 2.9Å. 6. Se modelizó la estructura tridimensional de la trans-sialidasa, tomando como referencia inicial las coordenadas atómicas de la sialidasa, dada la gran homología entre las dos proteínas. 7. Se construyeron y expresaron moléculas quiméricas entre ambas enzimas con el objetivo de avanzar en la definición de regiones y/o residuos claves en la transglicosilación.

Los mecanismos de variación y evolución en los rotavirus comprenden no sólo las mutaciones puntuales introducidas por la RNA polimerasa durante la replicación y la reasociación de segmentos virales durante infecciones mixtas, sino también los reordenamientos que se producen dentro de cada segmento genómico. Estos reordenamientos no afectan la estructura conservada de los segmentos genómicos (extremos 5' y 3' conservados), y esta estructura se supone relacionada con la capacidad de replicación y empaquetamiento del genoma viral en nuevas partículas virales. Con el objetivo de estudiar los mecanismos de reordenamiento genómicos en rotavirus se analizó la estructura molecular del segmento genómico 11 reordenado de distintos rotavirus humanos de "electroferotipo corto", aislados de niños infectados. De acuerdo a los resultados obtenidos, el segmento 11 reordenado de los aislamientos virales analizados tiene una inserción de 148 nucleótidos en la región 3' no traducida del segmento viral. Las secuencias obtenidas de los segmentos 11 de los distintos aislamientos virales analizados fueron altamente homólogas entre sí y con las secuencias de los segmentos 11 de otras dos cepas de rotavirus humanos decriptas previamente: RVS y DS-1. La inserción no afecta la región codificante del gen 11, ni la secuencia y localización de la región 3' no codificante, común a todos los segmentos 11 de los rotavirus tipo A. La secuencia de la inserción, rica en A y T, no presenta homología con el segmento 11 normal ni con otros segmentos virales. Los resultados obtenidos permitieron identificar y estudiar un nuevo mecanismo de reordenamiento genómico en rotavirus, en el cual no hay una duplicación parcial del segmento genómico. Un segundo objetivo de la tesis consistió en el desarrollo de un sistema que permita obtener rotavirus recombinantes. Se estudiaron las secuencias requeridas para que un ARN sea reconocido por la maquinaria viral y sea replicado y empaquetado en nuevas partículas virales. Para estudiar las secuencias involucradas en el reconocimiento del ARN viral por la polimerasa viral hemos construído un plásmido recombinante que al ser transcripto produce un ARN que contiene las secuencias 5' y 3' no traducidas del segmento 11 viral, flaqueando la región codificante del gen CAT. Este ARN es amplificado cuando es transfectado en el citoplasma de células infectadas con rotavirus. De acuerdo a los resultados obtenidos, las señales involucradas en el reconocimiento del ARN por la polimerasa viral con actividad replicasa están localizadas en el extremo 3' no codificante. La polimerasa requiere para iniciar la síntesis de la cadena - del segmento 11, no sólo la secuencia consenso 3', común a todos los segmentos virales, sino también la formación de una estructura de horquilla dejando un extremo 3' libre de 18 nucleótidos que incluyen la secuencia consenso terminal. Aunque la metodología propuesta ha permitido desarrollar un método valioso para el análisis de las secuencias de RNA capaces de ser reconocidas por el complejo de replicación viral, la misma no resultó satisfactoria para la obtención de partículas virales recombinantes. Es posible que existan otras señales importantes para el empaquetamiento que probablemente se localicen en la región codificante del segmento 11, y por lo tanto que están ausentes en nuestra construcción.

El cáncer de próstata (CaP) ocupa el segundo lugar en incidencia y es la quinta causa de muerte por cáncer en hombres en el mundo. En nuestro país es el tipo de cáncer de mayor incidencia y la tercera causa de muerte por cáncer en la población masculina. Es por lo tanto un problema de salud pública de suma importancia. Entre los factores de riesgo más relevantes al CaP encontramos la edad, el origen étnico, los antecedentes familiares, las hormonas, la exposición a determinadas substancias químicas y el estilo de vida. Dentro de este último factor de riesgo podemos incluir la dieta. Los microRNAs (miRNAs) son moléculas pequeñas, 19 a 22 nucleótidos, de RNA no codificante que tienen un rol fundamental en la regulación de la expresión génica. En mamíferos su mecanismo principal de acción es la represión de la traducción del mRNA mediante el apareamiento de bases entre el miRNA y una secuencia semilla ubicada, generalmente, en el extremo 3´ UTR del mRNA. Dado que no es requerida la complementariedad de bases exacta, un mismo miRNA puede regular la expresión de una gran variedad de genes, potencialmente silenciando por completo una vía celular determinada. Así como ocurre con los genes convencionales, los miRNAs pueden ser considerados pro o antitumorales y de la misma manera se los encuentra desregulados en cáncer. Hace 10 años se descubrió que algunos miRNAs son activamente secretados por las células, pudiéndolos encontrar en circulación en condiciones normales así también como en condiciones patológicas. Todas las características mencionadas hacen de los miRNAs moléculas interesantes para ser estudiadas en cáncer no sólo como uno de los tantos mecanismos que se encuentran desregulados en esta patología, sino además como posibles biomarcadores diagnósticos o pronósticos de la enfermedad. El síndrome metabólico (SM) es otro problema grave de salud pública en el mundo moderno. Se lo describe como un conjunto de desórdenes fisiopatológicos cuyo diagnóstico requiere la detección de al menos 3 de los siguientes factores: obesidad visceral, triglicéridos elevados, bajos niveles de colesterol HDL, hipertensión y niveles elevados de glucemia en ayunas. El estudio del rol del SM en cáncer ha cobrado importancia en los últimos años. Un meta-análisis reciente encontró que existe una correlación significativa entre el SM y la agresividad y recurrencia bioquímica de tumores de próstata. C-terminal binding protein 1 (CTBP1) es un co-represor transcripcional cuya actividad requiere la unión de NAD+ o NADH, sin embargo es 100 veces más afín por el segundo por lo que es considerado un sensor del estado metabólico celular. Dado que su actividad se ve incrementada en condiciones de alta energía y que entre sus genes blanco se encuentran distintos supresores tumorales, es un candidato atractivo como posible vínculo entre el SM y cáncer. En trabajos previos de nuestro laboratorio empleando un modelo murino encontramos que el silenciamiento de CTBP1 en tumores de próstata xenotransplantados llevaba a una drástica disminución del crecimiento tumoral únicamente en animales con SM. El RNA obtenido de muestras de los xenotransplantes fue hibridado con un microarreglo de expresión del genoma completo y con un microarreglo de expresión de miRNAs, obteniéndose una lista de genes y una de miRNAs regulados por CTBP1 en condiciones de SM. A partir de estos resultados continuamos trabajando en este proyecto de tesis. Como primer objetivo nos planteamos el análisis y la validación de los resultados del microarreglo de expresión génica. Nos centramos en aquellos genes regulados por CTBP1 pertenecientes al proceso de adhesión celular. Fuimos capaces de validar los resultados del microarreglo tanto por RT-qPCR como mediante ensayos funcionales de adhesión celular. Encontramos que la sobre expresión de CTBP1 favorece el fenotipo mesenquimal, disminuye la adhesión celular y aumenta el potencial invasivo de las células tumorales prostáticas. Por el contrario, el silenciamiento de CTBP1 induce un aumento de la adhesión celular lo cual se evidencia en el incremento de la superficie de membrana plasmática en contacto con el sustrato. A continuación desarrollamos dos modelos in vivo de CaP y SM. El primer modelo nos facilitó el estudio de metástasis espontáneas. Brevemente, ratones de la cepa NOD scid gamma (NSG) de 4 semanas de edad fueron alimentados con una dieta control (DC) o una dieta enriquecida en grasa (DG), luego de 12 semanas los animales fueron inoculados con células PC3 con expresión disminuida de CTBP1 (PC3.shCTBP1) o control (PC3.PGIPZ). Al cabo de 4 semanas los animales fueron sacrificados y se tomaron muestras de tumor, pulmón y sangre para su posterior análisis histológico y/o por RT-qPCR según correspondiese. Encontramos que el silenciamiento de CTBP1 disminuyó significativamente el número y el tamaño de los focos metastásicos en los pulmones de los animales con SM. En el segundo modelo se trabajó con ratones de la cepa C57BL/6J, también de 4 semanas de edad, a los que se les administró una DC o una DG. Estos animales fueron inoculados en la semana 15 de dieta con células TRAMP-C1 sin modulación de la expresión de CTBP1. Luego de aproximadamente 8 semanas se sacrificaron los animales y se colectaron muestras de tumor, pulmón y sangre para su análisis posterior. Estos animales representaron una condición más aproximada al estado de SM ya que presentaban alteración de colesterol, glucosa en ayunas, esteatosis hepática, aumento de estradiol y sobrepeso. A su vez, presentaron un aumento del tejido adiposos gonadal y mesentérico. En cuanto al volumen tumoral, el SM incrementó de manera significativa el crecimiento de los mismos así como la expresión de CTBP1 que fue acompañada de una disminución en la expresión de E-cadherina (CDH1). En cuanto al microarreglo de miRNAs, validamos un grupo de miRNAs vinculados al proceso de adhesión celular. Además, detectamos por RT-qPCR 4 miRNAs en el plasma de ratones NSG xenotransplantados, de los cuales el miR-30b-5p se encontraba significativamente disminuido en la circulación de animales con SM e inoculados con células con expresión control de CTBP1. Finalmente nos abocamos al análisis de los miRNAs circulantes como biomarcadores en muestras de plasma de pacientes enrolados en 2 centros de salud de la Provincia de Buenos Aires. Los pacientes con CaP, vírgenes de tratamiento, fueron divididos en subcategorías de acuerdo al grado de Gleason de sus tumores y si presentaban o no parámetros relacionados con el SM. Por otro lado se colectaron muestras de pacientes con hiperplasia prostática benigna (HPB) y voluntarios sanos. Estos 2 grupos también fueron subdivididos en individuos que presentaban parámetros asociados al SM e individuos que no. Afortunadamente pudimos encontrar varios candidatos a ser estudiados en el futuro como posibles biomarcadores de CaP asociado a SM. En resumen en este trabajo de tesis se describe por primera que CTBP1 disminuye la adhesión celular, favoreciendo un fenotipo mesenquimal y pro-invasivo y que desempeña un rol crucial en la progresión del CaP desde el tumor localizado hasta la metástasis. Siendo esto mediante la regulación génica tanto de forma directa, en su rol de co-represor transcripcional, como a través de los miRNAs que comanda. Por último, comenzamos la etapa exploratoria en la búsqueda de biomarcadores de CaP asociado a SM, desarrollando las herramientas necesarias para la detección de miRNAs en plasma de pacientes y estableciendo las bases que nos permitirán encontrar miRNAs candidatos a ser analizados minuciosamente en el futuro como biomarcadores.

El retículo endoplasmático (RE)es el compartimiento subcelular involucrado en la síntesis, modificación post-traduccional y plegamiento de proteínas y glicoproteínas que serán destinadas a secreción, membrana plasmática o distintas organelas de los sistemas endocítico y exocítico. Una de las modificaciones post-traduccionales más frecuentes, la N-glicosilación, está relacionada con el plegamiento de las proteínas. Numerosas proteínas son incapaces de alcanzar su conformación nativa sin la adición de N-oligosacáridos. Los intermediarios de plegamiento, las proteínas no totalmente ensambladas, las proteínas mal plegadas y los agregados proteicos son selectivamente retenidos en el RE. El transporte hacia los complejos de Golgi se lleva a cabo exclusivamente cuando las proteínas se han plegado correctamente y se han ensamblado los multímeros. Este importante fenómeno, que asegura la integridad funcional de las proteínas que salen del RE,ha sido denominado "control de calidad". En el caso de las glicoproteínas, la estructura y el grado de procesamiento de sus N-oligosacáridos resulta ser una señal para la retención en el RE o el transporte hacia los complejos de Golgi. La N-glicosilación de proteínas comienza en la mayoría de las células eucariotas, con la transferencia de un oligosacárido de estructura Glc3Man9GlcNAc2 desde un intermediario lipídico (dolicol-P-P-oligosacárido), a cadenas polipeptídicas nacientes en el lumen del RE.Sin embargo la Glc no es un componente normal de las N-glicoproteínas maduras. Inmediatamente luego de la transferencia, los residuos de Glc son removidos por las glucosidasas I (GI) y II (GII). Los N-oligosacáridos libres de Glc son reglucosilados transitoriamente por la UDPG-Glc:glicoproteína glucosiltransferasa (GT)y deglucosilados posteriormente por la GII. De acuerdo al modelo actualmente aceptado, la calnexina (CNX), la calreticulina (CRT), la GII y la GT intervienen en el control de calidad de plegamiento de glicoproteínas en el RE. A medida que las glicoproteínas van adquiriendo sus conformaciones nativas, alternan entre formas no glucosiladas y monoglucosiladas por efecto de las actividades catalíticas opuestas de la GII y de la GT. Las dos chaperonas moleculares no convencionales con propiedades de lectinas, CNX y CRT, que reconocen exclusivamente N-oligosacáridos monoglucosilados, unirían glicoproteínas en proceso de plegamiento o incorrectamente plegadas, reteniéndolas en el RE. Los ciclos de deglucosilación y reglucosilación continuarían hasta que el plegado correcto de las glicoproteínas se haya completado. Cuando las mismas adoptan su conformación nativa, se convertirían en sustrato de la GII, pero no de la GT, y se liberarían de las lectinas. Las glicoproteínas bien plegadas continuarían su camino por la vía secretoria hacia su destino mientras que las que se encuentran en proceso de plegamiento, serían retenidas en el RE y eventualmente translocadas al citoplasma para ser degradadas en el proteasoma. ' En este ciclo la GT funcionaría como un sensor del estado conformacional de las glicoproteínas, marcándolas o no con el residuo de Glc que determinará su unión a CNX o CRT. La GT fue purificada a homogeneidad a partir de Drosophila melanogaster,Rattus norvegicus y Schizosaccharomyces pombe,y demostró ser una proteína soluble del RE que depende de Ca2+ para su actividad y que utiliza UDP-Glc como dador de Glc. En cuanto a la glicoproteína aceptora, en un ensayo libre de células, ésta debe estar desnaturalizada para funcionar eficientemente como aceptor. La enzima reconoce el residuo más interno de GlcNAc de los N-oligosacáridos, y amino ácidos hidrofóbicos expuestos en las conformaciones no nativas de las glicoproteínas sustrato. Experimentos presentados en este trabajo de tesis demuestran que: (a) la GT de S. pombe es una enzima conformada por dos dominios: el dominio C-terminal (400 amino ácidos, altamente conservados entre GTS, 20% de la molécula), responsable de la interacción con UDP-Glc; y el dominio N-terminal (1100 amino ácidos, pobremente conservados entre GTs, 80% de la molécula) posiblemente responsable de la interacción de la GT con amino ácidos hidrofóbicos, confiriéndole a la enzima especificidad por glicoproteínas no totalmente plegadas. La unión entre ambos dominios se puede clivar proteolíticamente, pero ellos interaccionan a través de uniones no covalentes y no pueden separarse sin pérdida de la actividad enzimática. Esto explicaría el porqué la GT solo glucosila N-oligosacáridos muy cercanos al sitio mal plegado de la parte proteica (ver Discusión). Esta estructura de dos dominios está conservada desde levaduras a eucariotes superiores. (b) Los dominios N-terminal y C-terminal correspondientes a la GT de S. pombe, expresados separadamente en una misma célula S. pombe GT pueden formar una enzima activa y ser capaces de transferir Glc a glicoproteínas mal plegadas. (c) Los dominios N-terminal y C-terminal correspondientes a GTS de distintas especies, resultan ser intercambiables. (d) El dominio C-terminal correspondiente a la GT de S. pombe requiere la presencia del dominio N-terminal para plegarse correctamente y formar un complejo biológicamente activo, y/o para ser estable en el lumen del RE.