Análise proteômica de Chromobacterium violaceum: acúmulo estacionário e diferencial após exposição à luz UVC

Chromobacterium violaceum is a free-living bacillus, Gram-negative commonly found in water and sand of tropical and subtropical regions. One of its main characteristic it's the ability to produce the purple pigment named violacein, that shows countless biological activities. In 2003, the genome of this organism was totally sequenced and revealed important informations about the physiology of this bacteria. However, few post-genomics studies had been accomplished. This work evaluated the protein profile of C. violaceum cultivated in LB medium at 28ºC that allowed the identification and characterization of proteins related to a possible secretion system that wasn't identified and characterized yet in C. violaceum, to the quorum sensing system, to regulatory process of transcription and translation, stress adaptation and biotechnological potential. Moreover, the response of the bacteria to UVC radiation was evaluated. The comparison of the protein profile, analyzed through 2-D electrophoresis, of the control group versus the treatment group allowed the identification of 52 proteins that arose after stress induction. The obtained results enable the elaboration of a stress response pathway in C. violaceum generated by the UVC light. This pathway, that seems to be a general stress response, involves the expression of proteins related to cellular division, purine and pirimidine metabolism, heat chock or chaperones, energy supply, regulation of biofilm formation, transport, regulation of lytic cycle of bacteriophages, besides proteins that show undefined function. Despite the response present similarities with the classic SOS response of E. coli, we still cannot assert that C. violaceum shows a SOS-like response, mainly due to the absence of characterization of a LexA-like protein in this organism

Proteômica diferencial da Chromobacterium violaceum em resposta ao estresse oxidativo induzido por peróxido de hidrogênio

The β-proteobacterium Chromobacterium violaceum is a Gram-negative, free-living, saprophytic and opportunistic pathogen that inhabits tropical and subtropical ecosystems among them, in soil and water of the Amazon. It has great biotechnological potential, and because of this potential, its genome was completely sequenced in 2003. Genome analysis showed that this bacterium has several genes with functions related to the ability to survive under different kinds of environmental stresses. In order to understand the physiological response of C. violaceum under oxidative stress, we applied the tool of shotgun proteomics. Thus, colonies of C. violaceum ATCC 12472 were grown in the presence and absence of 8 mM H2O2 for two hours, total proteins were extracted from bacteria, subjected to SDS-PAGE, stained and hydrolysed. The tryptic peptides generated were subjected to a linear-liquid chromatography (LC) followed by mass spectrometer (LTQ-XL-Orbitrap) to obtain quantitative and qualitative data. A shotgun proteomics allows to compare directly in complex samples, differential expression of proteins and found that in C. Violaceum, 131 proteins are expressed exclusively in the control condition, 177 proteins began to be expressed under oxidative stress and 1175 proteins have expression in both conditions. The results showed that, under the condition of oxidative stress, this bacterium changes its metabolism by increasing the expression of proteins capable of combating oxidative stress and decreasing the expression of proteins related processes bacterial growth and catabolism (transcription, translation, carbon metabolism and fatty acids). A tool with of proteomics as an approach of integrative biology provided an overview of the metabolic pathways involved in the response of C. violaceum to oxidative stress, as well as significantly amplified understanding physiological response to environmental stress. Biochemical and "in silico" assays with the hypothetical ORF CV_0868 found that this is part of an operon. Phylogenetic analysis of superoxide dismutase, protein belonging to the operon also showed that the gene is duplicated in genome of C. violaceum and the second copy was acquired through a horizontal transfer event. Possibly, not only the SOD gene but also all genes comprising this operon were obtained in the same manner. It was concluded that C. violaceum has complex, efficient and versatile mechanisms in oxidative stress response

Evaluación de la expresión de enzimas hidrolíticas de pared celular en cloroplastos de tabaco

La alta capacidad del genoma del cloroplasto para integrar y expresar transgenes en altos niveles, hace de la tecnología transplastómica una buena opción para producir proteínas de interés. Este reporte presenta la expresión estable de una pectinasa (gen PelA), una β-glucosidasa (gen Bgl1), dos celulasas (genes CelA y CelB) y la primer expresión estable de una manganeso peroxidasa (gen MnP-2) en el genoma de cloroplastos de tabaco. Se construyeron seis vectores: pES4, pES5, pES6, pHM4, pHM5 y pHM6 derivados de pPRV111A conteniendo los genes sintéticos PelA, MnP- 2, Bgl1, CelA-CelB, CelA y CelB, respectivamente. Los genes se flanquearon por un promotor sintético del gen rrn16S y una secuencia sintética 3’UTR del gen rbcL. La integración en la región intergénica rrn16S y 3'rps12 se confirmó por análisis de Southern blot. El procesamiento estable de los transcritos se confirmó por un análisis de Northern blot. Se realizó un análisis enzimático para detectar la expresión y funcionalidad de las enzimas recombinantes, las plantas maduras mostraron mayor actividad comparado con plantas de tipo silvestre. Las plantas transplastómicas exhibieron 58.5% más actividad de pectinasa a pH neutro y a 60°C, mientras que manganeso peroxidasa mostró alta actividad a pH 6 y 65°C; en el caso de las celulasas, todas las enzimas mostraron mayor actividad a pH 5 (β-glucosidasa: 30.45 xviii U/mg, CelA-CelB 58 U/mg, CelA 49.10 U/mg y CelB 48.72 U/mg) a 40°C para β- glucosidasa y 65°C para celulasas. Las plantas transplastómicas mostraron un desarrollo similar a las plantas de tipo silvestre; sin embargo, la línea pHM4 mostró fenotipos variegados en hojas. Los análisis mostraron que los genes de enzimas hidrolíticas PelA, MnP-2, Bgl1, CelA-CelB, CelA y CelB pueden integrarse y expresarse en el genoma de cloroplastos con alta actividad; de este modo, debido a que una planta madura en promedio cuenta con ~ 470 g de biomasa, es posible producir 66,676.25 unidades de pectinasa, 21,715.46 unidades de manganeso peroxidasa, 338,081.0 unidades de celulasas A-B, 231,456.7 unidades de celulasa A, 206,669.8 unidades de celulasa B y 139,395.0 unidades de β-glucosidasa por planta. Este estudio sustenta información sobre métodos y estrategias de expresión de enzimas hidrolíticas con potencial aplicación biotecnológica utilizando plantas transplastómicas.

Diseño y evaluación de un vector adenoviral recombinante con un promotor sintético de respuesta a campos electromagnéticos

Los adenovirus recombinantes actualmente representan la opción más utilizada en terapia génica por su eficiencia de transducción, amplio tropismo celular y gran versatilidad en comparación con otros sistemas de transferencia de genes. De igual forma, el uso de un promotor sintético inducible por campos electromagnéticos (CEM) para la expresión del gen reportero de luciferasa ha sido utilizado como vacuna de ADN en ensayos in vitro e in vivo con resultados prometedores al momento de evaluar su respuesta ante la exposición a un campo magnético (CM). En el presente trabajo se sintetizó un fragmento poliA in silico para flanquear el promotor CEM y su gen reportero, aislándolo de la acción promotora e inhibitoria de las regiones ITR (Inverted Terminal Repeat) del genoma adenoviral. Este casete de expresión se introdujo en un plásmido acarreador que comparte regiones de recombinación homóloga con el plásmido poseedor del genoma adenoviral en el sistema comercial AdEasy. Las partículas adenovirales recombinantes AdCEM-Luc generadas fueron utilizadas para medir los niveles de luminiscencia a diferentes tiempos de transducción y de exposición al CM en células HEK 293. Los resultados obtenidos comprobaron la viabilidad del adenovector AdCEM-Luc para transducir células HEK 293, y además revelaron una correlación directa entre el tiempo de incubación y los niveles de luminiscencia. No obstante, no se encontró diferencia significativa en la luminiscencia obtenida ante la exposición o ausencia del CM, lo cual es atribuible a la permisividad en la expresión génica adenoviral de la línea celular HEK 293.

Niveles de expresión de citocromos P450 (CYP6AA7, CYP4C52v1, CYP6BY3, CYP9J34, CYP9M10, CYP9J40 y CYP9AL1) determinados por RT-qPCR en larvas de Culex quinquefasciatus expuestas a diversos insecticidas.

En el presente trabajo, se describen los niveles de expresión de siete transcritos de Culex quinquefasciatus que codifican para citocromos P450, estos medidos por qPCR en larvas expuestas a dos concentraciones del insecticida permetrina (0.51 y 0.71 mg) comparadas con un grupo control sin exponer, las cuales fueron colectadas en distintas localidades del noreste de México. Debido a que los genes analizados no se encontraban reportados, fue necesario diseñar oligonucleótidos utilizando secuencias trazas producto de la secuenciación del genoma del mosquito antes mencionado. Con los oligonucleótidos diseñados y utilizando DNA complementario, sintetizado a partir de RNA total de las larvas fueron amplificados por PCR los mensajeros, se procedió a clonar cada uno de estos genes en nueve poblaciones analizadas, posteriormente fueron secuenciados y éstas fueron comparadas para deducir los porcentajes de similitud. Se diseñaron sondas taqman en segmentos conservados, y utilizando el DNA complementario previamente sintetizado fueron deducidos los niveles de expresión de cada uno de los genes analizados bajo las condiciones citadas anteriormente para las poblaciones. Con el trabajo realizado, reportamos las secuencias nucleótidicos y aminoacídicas de cada uno de los genes analizados de cada una de las poblaciones estudiadas y sus niveles de expresión. Concluimos que los genes analizados son una herramienta potente para ahondar en el estatus de resistencia que han desarrollado las poblaciones silvestres de Culex quinquefasciatus en localidades del noreste de México.

Genes found in partial sequencing od Phytophthora cinnamomi

Members of the oomycete cause extensive losses in agriculture and widespread degradation in natural plant communities, being responsible for the death of thousands of trees every year. Two of the representative species are Phytophthora infestans, which causes late blight of potato, and Phytophthora cinnamomi, which causes chestnut ink disease, responsible for losses on sweet chestnut production in Europe. Genome sequencing efforts have been focused on the study of three species: P. infestans, P. sojae and P. ramorum. Phytophthora infestans has been developed as the model specie for the genus, possessing excellent genetic and genomics resources including genetic maps, BAC libraries, and EST sequences. Our research team is trying to sequence the genome of P. cinnamomi in order to gain a better understanding of this oomycete, to study changes in plant-pathogen relationships including those resulting from climate change and trying to decrease the pathogen’s impact on crops and plants in natural ecosystems worldwide. We present here a preliminary report of partially sequenced genomic DNA from P. cinnamomi encoding putative protein-coding sequences and tRNAs. Database analysis reveals the presence of genes conserved in oomycetes.

Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.

Development of gene therapy to deliver the receptor-specific rhTRAIL DHER variant to induce apoptosis in activated hepatic stellate cells for the treatment of liver fibrosis

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Estudo comparativo e caracterização de novos elementos na regulação da homeostasia da glicose em teleósteos

Dissertação de mestrado, Biotecnologia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Identification of regulatory polymorphisms associated with breast cancer risk

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014

Epigenetics and alternative splicing

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Análisis de la expresión de miRNAs en trofozoítos de entamoeba histolytica.

Entamoeba histolytica representa una de las principales causas a nivel mundial de muertes por parasitosis. Aunque se ha identificado como el agente causal de la amibiasis desde 1875, los mecanismos moleculares por los cuales este parásito causa la enfermedad aún no estan completamente comprendidos. Los microRNAs (miRNAs) son grupos de RNAs pequeños no codificantes que juegan un papel importante en la regulación de la expresión de genes y la traducción de proteínas en una gran variedad de organismos. Su identificación ha sido un paso importante para facilitar y entender la biología, organización y evolución del genoma, así como su regulación posttranscripcional, sin embargo en E. histolytica no se tiene registro de la presencia de estas moléculas reguladoras. En nuestro laboratorio a partir de un cultivo de trofozoitos de E. histolytica en condiciones axénicas se aislaron los RNA totales y se purificaron en una fracción de 15 a 50 nucleótidos los cuales se utilizaron para construir una biblioteca de RNAs pequeños que posteriormente fueron secuenciados y en donde se detectaron 199 miRNAs exclusivos para este parásito. Durante el desarrollo de esta tesis, se analizó la expresión de miRNAs en trofozoítos de E. histolytica HM1-IMSS, usando la técnica de microarreglo µParaflo Microfluidic Biochip Technology y posteriormente se realizó la verificación de la expresión de los miRNAs mediante RT-PCR Tiempo Real. Los resultados del microarreglo demostraron la expresión 41 candidatos a miRNAs de los cuales se confirmó la presencia de 9 microRNAs de E. histolytica (Ehi-miRNAs) mediante RT-PCR Tiempo Real. La estructura de los Ehi-miRNAs permitió predecir 32 probables genes blanco ya descritos y 34 genes hipotéticos probables. Los resultados obtenidos postulan una colección de miRNAs reguladores en E. histolytica que generan una plataforma para analizar molecularmente la estructura genómica, regulación génica y validación de los Ehi-miRNAs en este parásito

Screening natural resources for mineralogenic and osteogenic bioactivities using in vitro and in vivo fish systems

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Karyotype and genome size in Euterpe Mart. (Arecaceae) species.

Euterpe (Martius, 1823), a genus from Central and South America, has species with high economic importance in Brazil, because of their palm heart and fruits, known as açaí berries. Breeding programs have been conducted to increase yield and establish cultivation systems to replace the extraction of wild material. These programs need basic information about the genome of these species to better explore the available genetic variability. The aim of this study was to compare E. edulis (Martius, 1824), E. oleracea (Martius, 1824) and E. precatoria (Martius, 1842), with regard to karyotype, type of interphase nucleus and nuclear DNA amount. Metaphase chromosomes and interphase nuclei from root tip meristematic cells were obtained by the squashing technique and solid stained for microscope analysis. The DNA amount was estimated by flow cytometry. There were previous reports on the chromosome number of E. edulis and E. oleracea, but chromosome morphology of these two species and the whole karyotype of E. precatoria are reported for the first time. The species have 2n=36, a number considered as a pleisomorphic feature in Arecoideae since the modern species, according to floral morphology, have the lowest chromosome number (2n=28 and 2n=30). The three Euterpe species also have the same type of interphase nuclei, classified as semi-reticulate. The species differed on karyotypic formulas, on localization of secondary constriction and genome size. The data suggest that the main forces driving Euterpe karyotype evolution were structural rearrangements, such as inversions and translocations that alter chromosome morphology, and either deletion or amplification that led to changes in chromosome size.

Targeted gene modification in Fragaria vesca mediated by CRISPR/Cas9 system

Genome editing is becoming an important biotechnological tool for gene function analysis and crop improvement, being the CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat-CRISPR associated protein 9) system the most widely used. The natural CRISPR/Cas9 system has been reduced to two components: a single-guide RNA (sgRNA) for target recognition via RNA-DNA base pairing, which is commonly expressed using a promoter for small-RNAs (U6 promoter), and the Cas9 endonuclease for DNA cleavage (1). To validate the CRISPR/Cas9 system in strawberry plants, we designed two sgRNAs directed against the floral homeotic gene APETALA3 (sgRNA-AP3#1 and sgRNA-AP3#2). This gene was selected because ap3 mutations induce clear developmental phenotypes in which petals and stamens are missing or partially converted to sepals and carpels respectively (2). In this work, we used two different U6 promoters to drive the sgRNA-AP3s expression: AtU6-26 from Arabidopsis (4), and a U6 promoter from Fragaria vesca (FvU6) (this work). We also tested two different coding sequences of Cas9: a human- (hSpCas9) (3) and a plant-codon optimized (pSpCas9) (this work). Transient expression experiments using both CRISPR/Cas9 systems (AtU6-26:sgRNA-AP3#1_35S:hSpCas9_AtU6-26:sgRNA-AP3#2 and FvU6:sgRNA-AP3#1_35S:pSpCas9_FvU6:sgRNA-AP3#2) were performed infiltrating Agrobacterium tumefaciens into F. vesca fruits. PCR amplification and sequencing analyses across the target sites showed a deletion of 188-189 bp corresponding to the region comprised between the two cutting sites of Cas9, confirming that the CRISPR/Cas9 system is functional in F. vesca. Remarkably, the two systems showed different mutagenic efficiency that could be related to differences in expression of the U6 promoters as well as differences in the Cas9 transcripts stability and translation. Stable transformants for both F. vesca (2n) and Fragaria X anannassa (8n) are currently being established to test whether is possible to obtain heritable homozygous mutants derived from CRISPR/Cas9 strategies in strawberry. Thus, our work offers a promising tool for genome editing and gene functional analysis in strawberry. This tool might represent a more efficient alternative to the sometimes inefficient RNAi silencing methods commonly used in this species.