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La papa (Solanum tuberosum ssp. tuberosum) es el tercer cultivo más importante y la dicotiledónea de mayor importancia en la alimentación. El estrés hídrico es la mayor limitante de la producción. En respuesta a la sequía las plantas activan estrategias que involucran adaptaciones morfológicas, fisiológicas y bioquímicas controladas por un número de genes aditivos y en muchas ocasiones sinérgicos. Esta tesis se focalizó en el análisis de los cambios transcripcionales de las especies silvestres de Solanum: S. venturii (VNT) y S. cardiophyllum (CPH) que presentan comportamientos contrastantes frente al estrés hídrico mediante hibridación con micromatrices de ADNc. Se analizaron 1.033.250 datos de expresión de 32 soportes de cristal de papa, que monitorearon 10 días de evolución del estrés. El análisis bioinformático de los datos de expresión de estas especies arrojó diferencias significativas en los perfiles transcripcionales. El análisis comparativo de estos perfiles reveló que en CPH se ven afectados por el tratamiento de sequía un total de 235 genes, mientras que en VNT la diferenciación involucra 4133 genes. Ambas especies presentan una expresión de 151 genes comunes. Los genes expresados diferencialmente no solo variaron en el número sino también en sus perfiles temporales de expresión. Los genes diferencialmente expresados como respuesta al tratamiento tendieron a agruparse mostrando comportamientos particulares en ambas especies. En CPH, los perfiles de expresión permitieron identificar al menos 5 conglomerados que resumen las principales tendencias del comportamiento de los transcriptos frente al estrés, mientras que en VNT la dinámica de expresión mostró expresiones contrastantes y agrupadas, que sugieren una regulación común sincrónica, confirmando la diversidad genética de respuestas en el germoplasma de especies silvestres de papa. Estas diferencias de expresión entre las especies silvestres de papa sugieren nuevas vías para explotar la variabilidad genética del germoplasma silvestre para el mejoramiento del cultivo. La información generada brinda interesantes genes candidatos involucrados en respuesta al estrés hídrico a la vez que permite identificar secuencias para el desarrollo de marcadores funcionales útiles en programas de mejoramiento asistido.

El objetivo principal de este trabajo es determinar las condiciones óptimas sobre las cuales realizar simulaciones de dinámica molecular que permitan describir el espacio conformacional de moléculas de disacáridos y, eventualmente, polisacáridos. No existe mucha información reportada sobre estas moléculas, por lo que es importante conocer en qué condiciones llevar a cabo una simulación para obtener un buen muestreo del espacio conformacional sin necesidad de recurrir a un método exhaustivo que implique el análisis de más de cuatro millones de estructuras.

Desde su planteo inicial, alrededor del año 1930, el problema de la materia oscura permanece como uno de los mayores problemas abiertos en Física. Actualmente, existe un gran número de evidencias observacionales, astrofísicas y cosmológicas, que motivan la hipótesis de la existencia de una forma de materia distinta a la materia ordinaria, llamada materia oscura. A pesar del esfuerzo realizado para detectarla, su naturaleza permanece ignota. Las búsquedas por detección directa comenzaron enfocadas en extensiones supersimétricas mínimas del modelo estándar, que predicen partículas con masas de ~ 100 GeV/c². Los límites de exclusión impuestos por los experimentos de búsqueda, los nulos resultados de las búsquedas de supersimetría en el Large Hadron Collider, las afirmaciones de detección de algunas colaboraciones como DAMA, y el desarrollo de nuevos modelos de partículas de materia oscura liviana, motivó a la comunidad a buscar partículas de materia oscura con masas por debajo de los ~ 10 GeV/c². Se piensa que las partículas de materia oscura interactúan coherentemente (en forma elástica) con los núcleos produciendo retrocesos nucleares. Por consideraciones cinemáticas, cuanto menor sea la masa de la partícula de materia oscura, menor será la energía del retroceso nuclear a detectar. El experimento DAMIC, que enmarca este trabajo de tesis, utiliza sensores CCDs (Charge-Coupled Devices) de grado científico como detectores para la búsqueda de materia oscura. En su programa de R&D, entre 2011 y 2015, ha demostrado la operación de los CCDs con el umbral más bajo alcanzado por la comunidad de detección directa. Esto ha motivado el desarrollo de un detector masivo, llamado DAMIC100, que buscará materia oscura de baja masa en una zona del espacio de fases no explorada aún. En los detectores semiconductores, un retroceso nuclear deposita su energía produciendo ionización y fonones. Dado que el detector DAMIC solo es capaz de medir la señal de ionización, resulta fundamental determinar la ionización producida por los retrocesos nucleares para la interpretación de los datos adquiridos en los experimentos de búsqueda de partículas de materia oscura. En este trabajo describimos el problema de la materia oscura, detallando la evidencia experimental que motiva su hipótesis. Explicamos los métodos utilizados para su búsqueda y discutimos el estado actual de estos efuerzos. Describimos el experimento DAMIC, su principio de funcionamiento, características y el arreglo experimental utilizado en el laboratorio subterráneo SNOLAB. Discutimos la importancia de la calibración del detector mediante la medición de la ionización producida por retrocesos nucleares y revisamos los antecedentes en la literatura. Finalmente, describimos un experimento de dispersión elástica de neutrones realizado para medir la eficiencia de ionización a bajas energías, y discutimos los resultados obtenidos.

El análisis de redes de interacciones se aplica en forma creciente en investigación biológica. Se han reportado análisis derivados de los métodos desarrollados para análisis de redes sociales en diferentes organismos y con distintos objetivos. Para el análisis de redes biológicas se manipulan estructuras de datos en memoria que en su mayoría no están optimizadas para grandes cantidades de datos y en las cuales no es posible realizar exploración de datos conectados en red de manera ágil y flexible. Una alternativa de uso creciente para este tipo de situaciones, no solo en biología, es el uso de bases de datos no relacionales orientadas a grafos. En este trabajo investigamos el uso de bases de datos no relacionales orientadas a grafos para el análisis de datos moleculares de la bacteria Mycobacterium tuberculosis, causante de la tuberculosis humana. Específicamente utilizamos datos de experimentos que cubren diversos procesos biológicos: expresión génica, interacciones proteína - proteína e interacciones proteína - ADN. Este tipo de enfoque integrado se conoce como biología de sistemas y es un área donde el uso de bases de datos de grafos todavía está en su infancia, pero tiene enorme potencial. Para los análisis se construye un multigrafo mixto y se definen preguntas a nivel biológico que posteriormente se traducen en patrones de consultas con quasi-cliques; las consultas se implementan en dos bases de datos no relacionales orientadas a grafos: Neo4J (http://neo4j.com/) y Titan (http://thinkaurelius.github.io/titan/) haciendo uso de lenguajes de consulta tales como Cypher y Gremlin.

El objetivo de esta Tesis es la búsqueda de reacciones y estrategias sintéticas aplicadas a la generación de diversidad en la construcción de moléculas cíclicas de interés biológico.Inicialmente, se realizó un aplicación de reacciones de ciclación de Michael en tándem multicomponente a partir de 1,3-ciclohexanodionas, alquinos e yodo para obtener novedosos ésteres de 1,8-dioxo-2,3,4,5,6,7,8,9-octahidroxantenos (24-35). Los derivados de ésteres de hidroxanteno junto con yodo y CAN se utilizaron para la aromatización oxidativa muy eficiente obteniendo compuestos mono y di-aromáticos (76-95) con buenos rendimientos. Todos los ésteres de hidroxanteno ensayados fueron inactivos en pruebas in vitro contra P. falciparum y L. donovani, mientras que los ésteres mono y di-aromáticos mostraron variadas actividades biológicas.Luego, se prepararon ácidos carboxílicos y amidas derivados de los núcleos previamente obtenidos modificando así la cadena de estos ésteres (101-115). Algunos de estos compuestos se evaluaron como antiparasitarios, obteniendo resultados prometedores para los compuestos 105 y 114 en las pruebas in vitro contra P. falciparum, mientras que contra L donovani, 105, 106 y 109 fueron activos. El producto 115 mostró una muy buena actividad contra L. donovani, así como también en las pruebas contra T. brucei manifestó tener buena actividad.En la búsqueda de nuevos núcleos se prepararon acridinonas (116, 117 y 123) y ésteres de enaminona (118-122) que se sintetizaron mediante la adición secuencial asistida por microondas Michael-Michael y ciclación a partir de ciclohexano-1,3-dionas. Se proponen posibles mecanismos de reacción tanto para estructuras abiertas como cerradas, y la presencia de sistema cíclico intramolecular de doce miembros de enlaces HN-H y HO-H de ésteres de enaminona.Explorando el comportamiento de otros núcleos más simples, se presenta el diseño racional y la síntesis de una serie de análogos derivados de ácido 5-nitro-2-furoico. Se evaluó la actividad tripanocida contra las formas epimastigotes de Tripanosoma cruzi y los efectos tóxicos sobre las células humanas HeLa. Entre todos los compuestos sintéticos, tres de trece presentaron un valor de IC50 cercanos a niturfimox, pero el compuesto 140 exhibió un mejor efecto con una IC50 de 1,0 ± 0,1 mM y un índice selectivo de 70 en su toxicidad contra las células HeLa. Se analiza la actividad de los compuestos 135, 139 y 140 para interferir en la vía metabólica redox central en tripanosomátidos, que depende de la tripanotiona reducida. Los tres compuestos se comportaron como mejores inhibidores de la tripanodiona reductasa que nifurtimox (valores Ki de 118, 61 y 68 mM para 135, 139 y 140, respectivamente, en comparación con 245 mM para nifurtimox), todos siguiendo un patrón de inhibición enzimática no competitivo. El análisis de acoplamiento predijo una unión a inhibidores del complejo enzima-sustrato con energía de enlace calculada en silico que respalda tal interacción molecular.Finalmente, fueron sintetizadas nuevas aminas secundarias y terciarias (155-157) por aminación reductiva, estos compuestos mostraron actividad contra T. brucei. También, se prepararon aminas bicíclicas sustituidas (179-188 y 190) por aminación reductiva controlada de diaminas alifáticas, bencilamina y butilamina con diferentes tetralonas sustituidas. La serie de aminas obtenidas se caracterizaron y las estructuras se determinaron mediante espectroscopía IR, RMN (1H y 13C) y espectrometría de masas.

El Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger es sensible a neutrinos de todos los sabores con energía por encima de 0,1 eV. Estos interactúan en la atmósfera mediante corrientes cargadas y neutras, iniciando cascadas atmosféricas extendidas. Al interactuar profundo en la atmófera a incidencia casi horizontal, los neutrinos pueden ser distinguidos del fondo producido por rayos cósmicos de origen hadrónico gracias a la estructura temporalmente extendida de las señales que producen en los detectores Che- renkov de agua. En este trabajo se presenta por primera vez un análisis basado en neutrinos descendentes. Se describe el procedimiento de búqueda, las posibles fuentes de fondo, el método desarrollado para calcular la exposición y las incertezas sistemáticas asociadas. Ningún candidato a neutrino fue encontrado en los datos adquiridos entre 1-Ene-2004 hasta 31-May-2010. Asumiendo un flujo diferencial típico Φ(Eν ) = k · EνE-2 , se fijo un límite sobre el flujo de neutrinos de cada sabor de k <1.65 × 10E−7 GeV cmE−2 sE−1 srE−1 con un nivel de confianza del 90 %.

En el presente trabajo se obtuvieron sustancias estructuralmente novedosas y biológicamente activas mediante modificaciones sintéticas de productos naturales abundantes. En particular, se trabajó con el pachydictyol A, un diterpeno con el core de perhidroazuleno, aislado a partir del alga parda Dictyota dichotoma, y con el ácido secochiliolídico, otro diterpeno pero con un core de espiro-furanolactona, aislado de la planta Nardophyllum bryoides. A partir del pachydictyol A se obtuvieron derivados modificados por oxidaciones selectivas; hidroxilación alílica, dihidroxilación de doble enlace y epoxidación. También se obtuvo un producto de iodociclación mediante tratamiento con el reactivo de Barluenga. Por último se obtuvieron productos híbridos de acoplamiento pachydictyol-p-benzoquinona mediante la cicloadición de Paterno-Buchi. Se ensayó la actividad antifouling de los dictyoles naturales y de algunos dictyoles modificados frente al molusco invasor Limnoperna fortunei. A partir del ácido secochiliolídico se sintetizaron; aza-derivados, híbridos secochiliolídico-quinona e hidroquinona, derivados de ácido, epóxidos y lactonas entre otros. Se ensayó la actividad tripanosomicida. Se sintetizaron híbridos terpeno-quinona y esteroide-quinona a partir de ácidos terpénicos naturales, ácidos biliares y p-benzoquinona, utilizándo la química que los ésteres tiohidroxámicos de Barton. Mediante una descarboxilación radicalaria fotoinducida y posterior adición a p-benzoquinona se logró sintetizar 12 quinonas e hidroquinonas esteroidales, una de ellas presentó una interesante actividad citotóxica frente a líneas celulares tumorales. Se estudió el alcance de la metodología para sustratos terpénicos mas complejos.

La epilepsia es uno de los desórdenes neurológicos crónicos de mayor prevalencia en el mundo. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, afecta a alrededor de 50 millones de personas, presentando una mayor incidencia en países en vías de desarrollo. Hasta el momento la epilepsia no se cura, y el tratamiento apunta a controlar las manifestaciones sintomáticas del desorden epiléptico, que consisten comúnmente en convulsiones. La farmacoterapia constituye la primera elección para el tratamiento de la epilepsia y resulta exitosa en el 70 % de los pacientes (pero no libre de los efectos secundarios presentes en este tipo de medicamentos). Por otra parte, el 30 % de los casos restantes no logra controlar los síntomas con fármacos y debe recurrirse a otras alternativas terapéuticas, como por ejemplo los tratamientos quirúrgicos, asumiendo el riesgo que implica una cirugía en el cerebro. Este tipo de epilepsia se denomina farmacorresistente o refractaria. La problemática resumida anteriormente justifica la constante búsqueda de nuevos anticonvulsivos con mayor potencia, selectividad y menor toxicidad. Particularmente, la resistencia a los fármacos antiepilépticos actuales representa una de las mayores preocupaciones de los especialistas en el área; por lo que el descubrimiento de nuevas estrategias terapéuticas constituye uno de los principales objetivos a alcanzar en el campo de anticonvulsivos. En esta dirección, la identificación de los fenómenos involucrados en la farmacorresistencia, así como un mayor entendimiento de los mecanismos de acción de los fármacos, resulta importante para el diseño racional de nuevos compuestos. Objetivos: Se conoce que la resistencia a antiepilépticos es un fenómeno multifactorial y se han elaborado diferentes hipótesis que explican casos particulares de epilepsia farmacorresistente. Entre ellas se ha logrado identificar a la proteína de transporte glicoproteína-P como responsable del eflujo de ciertos anticonvulsivos, impidiendo su llegada al sitio de acción. Adicionalmente, numerosos estudios han demostrado una importante asociación entre la epilepsia refractaria y la sobreexpresión de esta proteína en la barrera hematoencefálica, en tejidos epileptogénicos y en astrocitos. Por lo tanto, resulta interesante considerar a este “antitarget” de anticonvulsivos en las primeras etapas del diseño racional. Fármacos con alta afinidad a esta proteína serán excretados fácilmente, limitándose su concentración (y por lo tanto su acción) en el sistema nervioso central. En relación a los mecanismos de acción de los fármacos antiepilépticos, en líneas generales la acción de estas drogas genera un efecto conjunto que involucra más de un mecanismo, para finalmente modular la neurotransmisión excitatoria e inhibitoria. Entre los blancos moleculares más estudiados se encuentran los canales de sodio operados por voltaje, los cuales serán estudiados y utilizados en esta tesis. Se plantea entonces como objetivo general de esta investigación, el descubrimiento de fármacos anticonvulsivos tendientes a satisfacer la demanda de los pacientes refractarios a la farmacoterapia actual. Para esto se hizo uso de estrategias de diseño racional, utilizando como herramienta el modelado molecular asistido por computadora. En particular se emplearon técnicas de modelado de macromoléculas y de cribado virtual secuencial mediante docking molecular. Se llevaron a cabo los siguientes objetivos específicos: 1. Desarrollo y validación de un modelo computacional de farmacorresistencia basado en las interacciones ligando–receptor frente a la glicoproteína P. Como se enunció anteriormente, este antitarget es responsable de uno de los mecanismos de farmacorresistencia asociados a los antiepilépticos. Al momento no se encuentra disponible la estructura de glicoproteína-P humana, por lo que se construyeron modelos tridimensionales de esta macromolécula. Posteriormente se seleccionó el mejor programa de docking (y sus condiciones) capaz de discriminar sustratos y no sustratos conocidos de la glicoproteína. 2. Desarrollo y validación de un modelo computacional capaz de identificar compuestos activos frente al canal de sodio dependiente de voltaje Nav1.2 humano mediante la metodología de docking molecular. En forma similar a lo realizado para glicoproteína-P, debieron construirse modelos tridimensionales del canal de sodio humano por no estar disponibles las estructuras experimentales. También se seleccionó el mejor programa de docking para discriminar entre bloqueantes y no bloqueantes del canal. 3. Búsqueda y selección de posibles candidatos con actividad antiepiléptica en bases de datos de compuestos orgánicos y su posterior evaluación biológica. Con la estructura de las macromoléculas construidas y determinadas las condiciones óptimas de la simulación por docking, se realizó un cribado secuencial sobre bases de datos. Inicialmente se buscaron compuestos que se predicen con alta afinidad al canal de sodio de acuerdo al docking molecular. Aquellas estructuras que superaron este filtro fueron sometidas a una segunda campaña de cribado para descartar compuestos que se predicen sustratos de la glicoproteína P. Finalmente los candidatos fueron evaluados mediante ensayos in-vitro y métodos in-vivo, orientados a determinar la capacidad de los modelos de seleccionar nuevos compuestos activos.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2021

En América del Sur, Triatoma infestans es el principal insecto vector del parásitoTrypanosoma cruzi, agente etiológico de la enfermedad de Chagas (Tripanosomiasis Americana). En la actualidad, el control de Triatoma infestans se realiza principalmente mediante el rociado con insecticidas piretroides de las viviendas y las distintas estructuras que conforman el peridomicilio. Pese al marcado éxito que se obtuvo mediante esta estrategia, a finales de la década de 1990 se registraron las primeras limitaciones a su uso masivo: en distintas localidades de Argentina y Bolivia se informó sobre la presencia de poblaciones de Triatoma infestans resistentes/tolerantes a los insecticidas piretroides. Ante este panorama, el uso de insecticidas con mecanismos de acción distintos al de los piretroides y el tratamiento de los animales, fuente de alimentación para Triatoma infestans, que habitan el domicilio-peridomicilio con sustancias triatomicidas (xenointoxicación), son dos alternativas para el control de las poblaciones resistentes/tolerantes a los insecticidas piretroides. En esta Tesis se estudió la actividad sobre ninfas de I y V estadio de T. infestans de cinco insecticidas de amplio espectro: ivermectina (IVM), doramectina (DRM), eprinomectina (EPR), fipronil e imidacloprid. En condiciones de laboratorio, se determinó la influencia de la vía de administración sobre la actividad letal de las cinco moléculas. Las ninfas utilizadas para estos ensayos procedieron de una población susceptible a piretroides (Santiago del Estero) y de otra compuesta por individuos resistentes (Salta). De los cinco insecticidas en estudio, el fipronil y el imidacloprid fueron las únicas moléculas que demostraron actividad letal cuando fueron topicados sobre la zona dorsal del abdomen de las ninfas. En general, dicha actividad letal varió de acuerdo al estado de alimentación (mayor toxicidad entre las ninfas alimentadas que en las que estaban en ayuno) y al estadio de las ninfas (mayor entre las de I estadio que entre las de V). En cuanto al estado de susceptibilidad a los piretroides se registró una toxicidad similar del fipronil entre las ninfas susceptibles y resistentes a piretroides, mientras que en el caso del imidacloprid se describió un fenómeno de tolerancia hacia el insecticida en las ninfas resistentes a piretroides. Mediante el uso de los sinergistas butóxido de piperonilo (PBO) y trifenil fosfato (TPP) se determinó la actividad de las monooxigenasas P450 y esterasas en el fenómeno de tolerancia al imidacloprid. El pretratamiento con PBO aumentó la toxicidad del imidacloprid en las vinchucas, independientemente de su estadio, susceptibilidad hacia los piretroides y estado de alimentación. En el caso del TPP solo demostró actividad sinérgica en ninfas ayunadas de I estadio resistentes a piretroides y en ninfas resistentes de V estadio alimentadas a repleción. En cuanto a la recuperación de las ninfas por la administración de dosis subletales de imidacloprid, el pretratamiento con PBO demostró una actividad de las monoooxigenasas Citocromo P450, en todas las categorias de ninfas estudiadas. En el caso del TPP se demostró su actividad sinérgica con el imidacloprid en ninfas de I estadio ayunadas y alimentadas resistentes a piretroides. En otro ensayo de laboratorio se evaluó la actividad tóxica de los cinco insecticidas expuestos en distintas superficies de contacto (vidrio y papel de filtro). El imidacloprid y el fipronil demostraron letalidad sobre las ninfas cuando fueron impregnados sobre papel de filtro, mientras que el fipronil fue la única de las cinco moléculas que demostró ser tóxica cuando fue impregnada en vidrio. Mediante el uso de un alimentador artificial se pudo constatar la actividad letal por vía oral de IVM, DRM y EPR sobre ninfas de V estadio de T. infestans. Los tres endectocidas demostraron una toxicidad similar entre las ninfas susceptibles y resistentes a piretroides. En ambas poblaciones de vinchucas, DRM fue la molécula de mayor eficacia tóxica, seguida por EPR e IVM. Esta actividad letal por vía oral no fue registrada en el caso del fipronil y el imidacloprid. También, utilizando la técnica del área de preferencia se determinó que el fipronil, fue el único de los insecticidas en estudio que presentó actividad repelente, y que ésta solo fue verificada entre las ninfas de I estadio. En los ensayos de xenointoxicación se determinó la actividad triatomicida de IVM, DRM y EPR administradas en ratas Wistar y en gallinas. En el caso de las ratas se evaluaron dos vías de aplicación de los endectocidas, registrándose una mayor mortalidad entre las vinchucas que se alimentaron sobre ratas que recibieron la dosis de los endectocidas por vía tópica en comparación con las que los recibieron por vía oral. Ninguno de los tres endectocidas tuvo efectos sobre el consumo de sangre y el volumen de las excreciones emitidas por las ninfas. En gallinas, la aplicación tópica de los endectocidas demostró, al igual que lo observado en ratas, una mayor eficacia triatomicida de DRM seguida de IVM y EPR. De los tres endectocidas ninguno logró modificar la ingesta y el proceso normal de ecdisis de las ninfas de V estadio de T. infestans. Mientras que, en perros se estudió la actividad del fipronil y el imidacloprid presentes en distintos productos comerciales. Se demostró que la combinación del imidacloprid con un piretroide y el sinergista PBO tuvo una mayor eficacia triatomicida que cuando se les administró a los perros un producto comercial con fipronil o imidacloprid como único principio activo. Ninguno de los tres productos comerciales demostró efectos sobre la cantidad de alimento ingerido y la capacidad de mudar de las ninfas. Los resultados obtenidos en esta Tesis refuerzan el rol que podrían ejercer en el control de T. infestans ciertos insecticidas con mecanismos de acción distintos al de los piretroides. La actividad demostrada sobre ninfas resistentes a piretroides por algunos de los insecticidas evaluados es un dato alentador considerando alternativas para el control de estas poblaciones. El hallazgo de tolerancia hacia el imidacloprid en ninfas resistentes a piretroides descripto por primera vez en esta Tesis, demuestra la importancia de evaluar los perfiles toxicológicos de las poblaciones de vinchucas resistentes a piretroides provenientes de diferentes zonas geográficas.