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Tesis (Doctor en Matemática)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2017.

El descubrimiento de los antibióticos planteó la creencia de que las enfermedades microbiológicas se reducirían gradualmente hasta un nivel en el que ya no tendrían un grave impacto en la salud humana. Sin embargo, en la actualidad el tratamiento de enfermedades infecciosas está siendo cada vez más cuestionado por los rápidos cambios evolutivos de los microorganismos, el gran número de patógenos encontrados y por la aparición continua de cepas resistentes a múltiples fármacos. Como consecuencia, ciertas infecciones que en el pasado podían ser tratadas fácilmente, hoy conducen a una mayor morbilidad y ponen en riesgo la vida de un paciente incluso en un ambiente hospitalario. En este sentido, la inactivación fotodinámica (PDI) podría brindar una solución a este problema. Así, en este trabajo de tesis se sintetizaron cuatro díadas porfirinas-fullereno C60, TCP-C60, TCP-C604+, TAP-C60 y TAP-C604+ como fotosensibilizadores eficientes para la PDI. Los espectros de absorción mostraron una interacción débil entre los monómeros en el estado fundamental, donde la porfirina actúa como una antena atrapadora de energía. Mientras que la emisión de fluorescencia revela una desactivación del estado excitado de la porfirina por parte del fullereno C60. Estudios de fotólisis en estado estacionario con un aceptor y un dador de electrones, indican que las díadas forman un estado de separación de carga fotoinducido en un solvente polar. Los resultados cinéticos con diferentes sustratos y distintos atrapadores de especies reactivas de oxígeno demuestran que las díadas actúan mediante un mecanismo de acción fotodinámico tipo I o II en función de la polaridad del microambiente donde se localizan. Estudios de PDI in vitro con la bacteria Gram positiva Staphyloccocus aureus muestran que las díadas catiónicas producen una mayor inactivación. Para los cultivos tratados con 5 μM de TCP-C604+ y 30 min de irradiación, la eficiencia superó un 99,998% de inactivación. Por otro lado, se logró una erradicación completa de S. aureus incubada con 0,5 μM de TAP-C604+ y 5 min de irradiación. También se llevaron a cabo estudios con la bacteria Gram negativa Escherichia coli. Se encontró que TCP-C604+ fue poco efectiva, mientras que TAP-C604+ produjo una inactivación del 99,9999% para las células tratadas con 1 μM del fotosensibilizador y 15 min de irradiación. Por lo tanto, TAP-C604+ es una molécula muy efectiva para la PDI de bacterias Gram positivas y Gram negativas. Por todas las ventajas que posee la PDI, es probable que en un futuro se convierta en una opción terapéutica convencional. Sin embargo, este tipo de tratamiento está en pleno desarrollo y aunque muchos fotosensibilizadores ya han sido evaluados in vitro, es necesario continuar con las investigaciones in vivo para que esta terapia llegue a las fases clínicas y luego al paciente.Por otro lado, se busca el desarrollo de superficies con fotosensibilizadores inmovilizados, con el objetivo de alcanzar la esterilidad de distintas áreas. Esto se debe a que en los últimos tiempos, ha disminuido la susceptibilidad de diferentes microbios a los biocidas más comúnmente utilizados en los procesos de desinfección de superficies. Este hecho ha dado lugar a la generación de cepas microbianas resistentes a múltiples fármacos siendo las responsables de numerosas infecciones intrahospitalarias. Así, se construyeron diferentes películas sobre superficies mediante la deposición electroquímica de díadas y porfirinas sustituidas por grupos capaces de formar polímeros mediante voltametrías cíclicas. Se detectó que las mismas generan especies reactivas de oxígeno cuando son irradiadas con luz visible. Las superficies poliméricas resultaron eficientes para inactivar tanto S. aureus (99,97%) y E. coli (99,98%) en estado planctónico, como así también, biopelículas de S. aureus (99,97%). Por lo tanto, esta nueva tecnología podría ser empleada para la construcción de superficies asépticas.

El objetivo general de esta Tesis Doctoral es la síntesis de nuevos polímeros que contengan heterociclos en su cadena principal o como sustituyentes, y el estudio de sus posibles aplicaciones. En virtud de este objetivo se propuso la polimerización del 3-amino-1,2,4-triazol (3ATA), así como la modificación sintética de policloruro de vinilo (PVC) y alcohol polivinílico (PVA) con anillos heterocíclicos. Los materiales resultantes se caracterizaron mediante métodos físicos, térmicos, reológicos y espectroscópicos. En principio se estudió la polimerización de la anilina para extenderla al 3-amino-1,2,4-triazol. A partir de la polimerización de anilina en presencia de diferentes partículas como agentes nucleantes se lograron desarrollar nuevos materiales híbridos. Por otra parte, al polimerizar el 3ATA hemos logrado obtener un oligómero (OATA). Se confirmó que el OATA se trata de un tetrámero con carácter de semiconductor. Se estudió su capacidad para interactuar con metales. Asimismo, se verificó que la capacidad de interacción con cobre aumentaba considerablemente cuando era insertado dentro de la vermiculita. Debido a las singulares propiedades ácido base del OATA y luego de un estudio exhaustivo de las mismas, se concluyó que dicho material puede ser aplicado satisfactoriamente como indicador de punto final de una titulación ácido base y como sensor de amoníaco. En cuanto a la modificación química del PVC, se realizó eficientemente la transformación, tanto por métodos tradicionales, así como por empleo de energía de microondas. Esta última técnica permitió obtener los mayores porcentajes de conversión. De todos los heterociclos estudiados, el 1,2,4-triazol-3-tiol resultó el más eficiente en la reacción de sustitución. Se determinó la capacidad de interacción con cobre, se vio que existe una interacción positiva entre la muestra con mayor porcentaje de conversión y dicho metal. Se logró la síntesis de nuevos copolímeros, obtenidos por modificación química del PVA. Las estrategias de síntesis aplicadas permitieron la obtención de copolímeros con grupos heterocíclicos unidos directamente a la cadena polimérica, así como sustituyentes heterocíclicos unidos a la cadena mediante un heteroátomo. Se realizaron ensayos de interacción para aplicar los nuevos copolímeros en la remoción de metales en aguas contaminadas. La interacción se evaluó en función del pH, tiempo y concentración. Se obtuvieron resultados muy promisorios en particular para la remoción de Hg (II), pero también para iones Cd (II), Zn (II) y Cu (II). Se realizaron ensayos de selectividad competitiva y no competitiva, y se evaluó la posibilidad de reutilización de los nuevos materiales.

Fil:Settembrini, Beatriz Patricia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Varias de las estructuras sedimentarias presentes en depósitos silicoclásticos fósiles no pueden ser explicadas solamente por procesos físicos. La interacción entre los sedimentos inconsolidados y los microorganismos que colonizan el sustrato puede explicar la generación de estas estructuras. La bioestabilización resultante de esta interacción modifica totalmente las propiedades físicas de los sedimentos. Por otro lado, la actividad biológica crea un microambiente que trasforman las condiciones geoquímicas del medio (cambios de pH y Eh), produciendo la precipitación de minerales autigénicos que forman parte de los procesos iniciales en la diagénesis temprana. En este trabajo se documentaron estructuras sedimentarias inducidas por actividad microbiana (ESIAM) y más precisamente estructuras de deformación de gran tamaño en un ambiente evaporítico. El área de estudio corresponde a un antiguo canal de marea, donde su desembocadura al mar ha sido interrumpida por la formación de una espiga costera en la boca del canal. Este hecho ha generado la progradación de la costa con el consecuente aislamiento esporádico del canal. El área está expuesta a inundaciones del agua de mar en determinadas condiciones meteorológicas. Durante tormentas con vientos fuertes y olas que superan los 2 m de altura, en condiciones de sicigia, el nivel del mar sobrepasa la espiga y el agua de mar ingresa por la morfología preexistente, el paleocanal de marea. Las condiciones de calma entre las inundaciones permiten la colonización de los sedimentos formando espesas matas microbianas. El objetivo del trabajo es reconocer las estructuras microbianas de deformación en la planicie de marea y determinar los procesos de generación de cada una de ellas para la identificación de estructuras análogas en el registro fósil. Entre las estructuras de deformación más prominentes se han reconocido pliegues, enrollamientos y dobleces de mata microbiana. Los procesos de generación de estas estructuras responden a las corrientes canalizadas de agua de mar que ingresan al paleocanal caracterizadas por altas velocidades. Por otra parte, se han caracterizado los sedimentos de la planicie midiendo el pH, Eh, y también se ha medido la conductividad del agua de la capa freática, pH y Eh. Por medio de análisis petrográficos, microscopio electrónico de barrido (MEB) y difracción de rayos X (DRX) se identificaron delgadas láminas de precipitado carbonático en las matas microbianas. Este tipo de precipitación mineral promueve la preservación de las estructuras de deformación microbiana, de manera similar al ambiente carbonático. La geomorfología es un factor fundamental en la formación de estructuras de deformación microbiana de gran escala. La morfología preexistente, un canal angosto y largo, influye en la canalización de corrientes de marea generando la fuerza suficiente para el desprendimiento de la mata microbiana y generación de estructuras de deformación. Este aspecto se debería tener en cuenta al momento de estudiar registros sedimentarios fósiles donde son característicos los eventos regresivos.

Fil:Vega, Daniel Roberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Las proteínas repetitivas están compuestas por repeticiones en tándem de motivos estructurales. Estas unidades interaccionan entre sí de forma tal que coalescen en arquitecturas del tipo solenoidal o toroidal. Por su simplicidad topológica constituyen modelos útiles para el estudio del plegado de proteínas. Esta tesis se centra en el estudio de los miembros de la familia de proteínas con repeticiones de Ankirina (ANKs) que contienen entre 3 y 34 copias de un motivo de 33 residuos de largo. Siendo principalmente descriptas como mediadoras de interacciones proteína-proteína, las ANKs poseen una versatilidad para el reconocimiento de otras moléculas comparable a la de los anticuerpos. A pesar de su simplicidad estructural, las proteínas repetitivas presentan varios desafíos inherentes a su no globularidad. Las repeticiones pueden ser muy degeneradas en sus secuencias dificultando la deteccióon y definición de límites entre ellas, siendo este un problema aún no resuelto en este campo de estudio. Dado que las estructuras están mucho más conservadas que las secuencias, hemos desarrollado un método, llamado \\Teselado proteico" capaz de detectar repeticiones estructurales de forma objetiva, rigurosa y eficiente. Dicho algoritmo es independiente de la secuencia de las moléculas analizadas y es además generalizable a todos los tipos de proteínas repetitivas. Su aplicación a distintas clases de proteínas nos permitió caracterizar sus periodicidades y espectro de simetrías. Hemos aplicado nuestro algoritmo a todos los miembros de la familia ANK. Haciendo uso de nociones de la teoría de paisajes energéticos y con la hipótesis de que las repeticiones constituyen unidades de plegado, fuimos capaces de definir el largo y la fase de las repeticiones en todos los casos. Este estudio representa el primer caso reportado en que una estrategia de anotación de las unidades repetitivas consistente es aplicada a lo largo de toda una familia, lo cual permite realizar análisis comparativos al nivel de las repeticiones individuales. Los análisis subsiguientes muestran que las repeticiones ANKs pueden clasificarse en 3 tipos diferentes que corresponden a las repeticiones ubicadas en la región N-terminal, interna o C-terminal. Cada tipo de repetición muestra patrones de conservación en secuencia y en su energía de plegado específicos de su tipo. Pudimos observar además que los niveles de conservación de la secuencia y de la energía de plegado se encuentran correlacionados de forma lineal y positiva, lo cual indica que aquellas secuencias parecidas al consenso que se obtiene a partir del alineamiento múltiple de secuencias son más plegables que aquellas que se alejan del mismo. Existe una red de interacciones conservadas y energéticamente favorables en todas las repeticiones internas de las ANKs que conectan aquellos residuos más conservados en secuencia y que por tanto constituyen un núcleo de estabilidad estructural de las mismas. Al analizar en cambio todos los elementos que no forman parte de la estructura canónica de las repeticiones (inserciones y deleciones), las regiones cercanas a las mismas, se encuentran enriquecidas en interacciones frustradas, es decir, son desfavorables para el plegado de las mismas. Lo anterior sugiere que la presencia de inserciones y deleciones indica adaptaciones funcionales de las proteínas en que se encuentran. Este enriquecimiento de interacciones frustradas se observa también en los sitios de interacción con otras proteínas. Finalmente hemos estudiado la dinámica de plegado de estas moléculas usando métodos basados en estructura. Hemos caracterizado los mecanismos de plegado de varios miembros de la familia ANK y relacionando los mismos con los patrones energéticos previamente descriptos a partir de los estados nativos. Nuestros resultados ofrecen nuevas perspectivas acerca del funcionamiento de las proteínas de la familia ANK y pueden ser de gran utilidad para aquellos interesados en el dise~no de este tipo de moléculas para diferentes fines y el entendimiento biofísico de estas moléculas en forma general.