Descubrimiento de información y minería de datos para la toma de decisiones en Biotecnología

En la actualidad la información es uno de los elementos de mayor valor agregado, más cuando es expresión novedosa y útil que permite acelerar el proceso de toma de decisiones o aumentar el conocimiento sobre determinados elementos. Los volúmenes de información que se generan en forma permanente (por ej. en el ámbito hospitalario, experimento genómicos, epidimeológicos, etc.) están creciendo considerablemente. El análisis y procesos diagnósticos exitosos implican la utilización de un número cada vez mayor de variables a asociar. Por otra parte, el formato digital está reemplazando cada vez más el papel en todos los ambientes, desde el empresarial hasta el de salud, pasando indudablemente por el de los experimentos científicos, particularmente los experimentos genéticos. Estos procesos de recolección o generación de información producen volúmenes tales que superan las capacidades humanas para analizarlas. Esta limitación se debe a varios factores, entre los que podemos mencionar, la disponibilidad en tiempo y la incapacidad de relacionar grandes volúmenes con eventos y una gran cantidad de variables. Entonces ¿Qué hacer con toda la información disponible? ¿Cómo extraer conocimiento de dicha información? El Descubrimiento de Información en Bases de Datos (DIBD) y las técnicas de Minería de Datos (MD) (entre las que podemos mencionar aquellas provenientes del campo de la Inteligencia Artificial, tales como los modelos Neuronales Artificiales) son metodologías asociadas, tendientes a resolver los problemas de la extracción de información novel y útil sobre un conjunto de datos y/o señales biomédicas. Este proyecto trata sobre el desarrollo y aplicación de metodologías de análisis de datos para el descubrimiento de información en bases de datos biológicas y biomédicas, tendientes a mejorar y/o desarrollar nuevas técnicas de diagnóstico, como también para el análisis de señales e información biomédica.

Descubrimiento científico y estrategias inductivas

Se continúa en la investigación de la temática general y multifacética del descubrimiento científico que este equipo ha venido desarrollando desde hace varios años. En la etapa que corresponde a este proyecto priorizaremos la relación entre el descubrimiento científico -entendido como temática propia de la filosofía de la ciencia- y estrategias inductivas consideradas como propias de la epistemología y las teorías del conocimiento. Objetivos generales: 1. Explorar y explicitar las relaciones entre descubrimiento científico e inducción, desde la óptica de las diferentes estrategias inductivas abordadas actualmente dentro del ámbito filosófico. 2. Realizar una comparación y ponderación crítica de los alcances y límites de estas estrategias, en relación con el contexto de descubrimiento y las diferencias ampliativas. 3. Evaluar la incidencia de estas estrategias filosóficas dentro del ámbito de la Filosofía de la Ciencia y la Metodología. Objetivos específicos: a) Análisis críticos de los enfoques pragmatistas contemporáneos sobre la inducción. a1) Evaluación del estado de las discusiones actuales sobre la proyectabilidad y el entrenchment. b) Exploración de algunas estrategias ampliativas involucradas en procesos de descubrimiento científico. c) Análisis de la interacción entre inferencias inductivas y la evolución de las Teorías de la confirmación. Se intentará elucidar cómo en la actualidad el debilitamiento de los programas de confirmación ha dado lugar a la emergencia de nuevas estrategias de descubrimiento. c1) Focalización de algunos aspectos relevantes de la tensión existente entre inducción, confiabilidad y justificación. d) Descripción de la relación entre inducción y la emergencia del concepto de probabilidad. e) Continuación de la elaboración de un sistema de búsqueda de patterns a partir de datos de arqueología. Implementación en LISP. f) Confrontación de algunos importantes trabajos filosóficos respecto a la relación entre inferencias ampliativas y descubrimiento científico. g) Revaluación de las obras metodológicas de Descartes, atendiendo al contexto de descubrimiento.

Búsqueda de nuevos compuestos con acción inhibidora de bacterias y enzimas asociadas a patologías, obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas del centro de Argentina

Las infecciones bacterianas están en franco aumento por diversas razones, en especial por la aparición de resistencia a los antibióticos comerciales. Por otro lado los inhibidores de acetilcolinesterasa (AChE) y tirosinasa, ambas enzimas relacionadas con diversas patologías como por ejemplo la enfermedades de Alzheimer o Parkinson, presentan ciertos inconvenientes en especial asociados a su toxicidad. Es por esto que el descubrimiento de nuevas moléculas con acción inhibidora de bacterias y de las mencionadas enzimas es un desafío de muchos investigadores. Las plantas son capaces de sintetizar compuestos que utilizan como sus propias armas de defensa contra el ataque de agentes externos negativos. Esta propiedad puede ser aprovechada por el hombre para la obtención de nuevos medicamentos fitoterápicos. Continuando con la búsqueda de compuestos naturales bioactivos que realiza nuestro grupo de investigación, es nuestro objetivo encontrar nuevos agentes obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas de la región Central de Argentina efectivos para inhibir bacterias y enzimas asociadas a enfermedades. Estos productos pueden llevar a nuevos medicamentos fitoterápicos o a novedosos líderes para la síntesis de análogos. De esta manera podremos contribuir a mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados.

Búsqueda de nuevos compuestos obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas del centro de Argentina con acción inhibidora de bacterias, enzimas asociadas a patologías y bombas de resistencia a multidrogas (MDR)

Las infecciones bacterianas están en franco aumento por diversas razones, en especial por la aparición de resistencia a los antibióticos comerciales. Por otro lado los inhibidores de acetilcolinesterasa (AChE) y tirosinasa, ambas enzimas relacionadas con diversas patologías como por ejemplo la enfermedades de Alzheimer o Parkinson, presentan ciertos inconvenientes en especial asociados a su toxicidad. Es por esto que el descubrimiento de moléculas obtenidas de plantas con acción inhibidora de bacterias y de las mencionadas enzimas es un desafío de muchos investigadores. En otro aspecto relacionado a la salud humana, muchas drogas antitumorales convencionales corren el riesgo de perder protagonismo debido a su deteriorada eficacia, fundamentalmente atribuida al hecho de que las células cancerígenas han desarrollado resistencia contra ellas. Este fenómeno se debe a la sobre-expresión de proteínas de membrana que actúan como bombas de resistencia a multidrogas (MDR). La inhibición de estas bombas se traduce en un aumento de la eficacia de las quimioterapias. Las plantas son capaces de sintetizar compuestos que utilizan como sus propias armas de defensa contra el ataque de agentes externos negativos. Esta propiedad puede ser aprovechada por el hombre para la obtención de nuevos medicamentos fitoterápicos. Continuando con la búsqueda de compuestos naturales bioactivos que realiza nuestro grupo de investigación, es nuestro objetivo encontrar nuevos compuestos obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas de la región Central de Argentina efectivos para inhibir bacterias, enzimas asociadas a enfermedades y MDR. Estos productos pueden llevar a nuevos medicamentos fitoterápicos o a novedosos líderes para la síntesis de análogos. De esta manera podremos contribuir a mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados

Influencia de aines sobre marcadores de osteoartrosis. Antiinflammatory drugs influence on osteoarthritis markers.

La osteoartritis es una enfermedad crónica y degenerativa del cartílago articular con elevada prevalencia en pacientes mayores de 60. En su etiología confluyen alteraciones mecánicas y bioquímicas del sistema músculo-esquelético que provocan disbalance entre síntesis y degradación condral., con deterioro y pérdida tisular. El cartílago articular es un tejido paucicelular. Sus escasos condrocitos se dispersan en una matriz moduladora bioquímica y morfológica. La homeostasis osteocondral resume acciones estimulantes, inhibidoras y reguladoras de citokinas e interleukinas Son péptídos liberados por las membranas celulares al líquido sinovial, que difunden hacia el cartílago en tanto órgano blanco. Importante avance en la fisiopatología de la inflamación fue el descubrimiento del rol del óxido nítrico (ON) derivado metabólico de la arginina por acción de las ON-Sintasas (ONS). Estimula la producción de colagenasas (MMP-1), que intensifican la resorción de proteoglicanos En OA también aumenta el factor de necrosis tumoral TNFa, rápidamente activado por su enzima convertidora TACE. Objetivo Evaluar efectos de antiinflamatorios sobre cultivo de cartílago articular de pacientes con osteoartritis y cuantificar in vitro producción de MMPs, relación NO2/NO3. IL6 y TNFa. Material y métodos: En sobrenadante de los cultivos se determinarán por espectrofotometría niveles de NO-2 y NO-3 (Griess et al, 1992) y usando ELISA doble sándwich la actividad de colagenasa (MMP-1), IL-6 y TNF-a, contrastadas con anticuerpos monoclonales .Los parámetros obtenidos con y sin agregado de fármacos, se correlacionarán con la microscopía óptica.

Diseño y Desarrollo de Drogas y Medicamentos Huérfanos

Nuestro grupo de investigación trabaja desde hace unos años en plantear soluciones a problemas de medicamentos con conflictos de disponibilidad. Esta situación generalmente está asocada a las enfermedades huérfanas (raras y olvidadas). Desde la investigación básica y aplicada se intenta lograr una interacción entre la Farmacoquímica y la Farmacoepidemiología, estrategia que justamente usa la industria farmacéutica cuando quiere desarrollar un nuevo medicamento. Esto nos ha permitido consolidar un grupo de investigación con la experiencia suficiente para encarar actividades de campo y experimentales. Para los primeros se utilizan métodos descriptivos cualitativos y cuantitativos, de observación y de intervención. Se trabaja en colaboración con los 14 Hospitales Públicos de la ciudad de Córdoba y con algunas clínicas privadas (6), con ANMAT y con las bases de datos de Agencias Oficiales de Medicamentos de países de referencia (EEUU y Europa), entre otros. A continuación, se analizan los factores que causan la “orfandad” de los medicamentos, la significancia clínica y el impacto sanitario, social y económico originado por su falta de disponibilidad. Respecto al diseño y desarrollo de nuevas entidades químicas farmacológicas, se decidió enfocar el estudio en fármacos para enfermedades huérfanas, principalmente las parasitarias (malaria, Chagas, leishmaniasis). Estas enfermedades son raras en países desarrollados y olvidadas o desatendidas en países pobres o menos desarrollados como el nuestro. En este sentido, se utilizan las metodologías propias de la Química Medicinal, como son el descubrimiento y optimización de prototipos. Se recurre a las estrategias más racionales actualmente utilizadas, como son el diseño y preparación de una quimioteca focalizada, su evaluación biológica, la identificación de líderes y su optimización utilizando la farmacomodulación, el diseño directo e indirecto asistido por computadoras y el estudio de las REA, QSAR y 3D-QSAR. La quimioteca actual está compuesta de derivados bencenosulfonilos de heterocíclicos, y cuenta actualmente con 105 compuestos, muchos de los cuales demostraron actividad antiparasitaria. La quimioteca se la diseñó utilizando la estrategia denominada "diseño de fármacos basada en fragmentos". La hipótesis es que tanto la fracción bencenosulfonilo como la heterocíclica han probado ser bioactivas. El objetivo general del proyecto es contribuir al mejoramiento de la salud humana, al avance científico y tecnológico y a la formación de recursos humanos por medio del diseño y desarrollo de Drogas y Medicamentos Huérfanos. Proponemos los siguientes objetivos específicos: 1) Incrementar el número de compuestos de la quimioteca de N-bencenosulfonilos de heterociclos. 2) Evaluar la actividad antiparasitaria in vitro. 3) Estudiar las propiedades del estado sólido de los derivados. 4) Usar la información adquirida en los puntos 1-3 para estudios de cribado virtual y mejorar la solubilidad de los compuestos seleccionados. 4) Continuar con los estudios farmacoepidmiológicos sobre medicamentos huérfanos o no disponibles en nuestro país, que retroalimenta y complementa los estudios farmacoquímicos. El proyecto presenta un impacto científico y socio-económico importante, ya que abarca varios aspectos de la problemática de medicamentos no disponibles o huérfanos, desde el diagnóstico de la situación en nuestro medio, pasando por la identificación de nuevas entidades químicas y el desarrollo de posibles soluciones para su transferencia a la industria. Esto se debe a su enfoque original (en academias) al plantearse la retroalimentación entre la farmacoquímica y la farmacoepidemiología. Esta experiencia es muy estimulante, el contacto con los profesionales del equipo de salud enriquece el intercambio de opiniones y la consolidación de proyectos multidisciplinarios, permitiendo abordar el problema de un modo integral.

ESTRATEGIA QUÍMICA Y FARMACOLÓGICA PARA LA BÚSQUEDA DE PRODUCTOS BIOACTIVOS DE PLANTAS AUTÓCTONAS Y MEDICINALES

A partir de especies autóctonas bioactivas, se pretende obtener metabolitos químicos con potenciales actividades biológicas. Esta metodología de trabajo es válida para el descubrimiento de nuevas drogas de origen natural y que podrían ser de aplicación en diversas áreas de la farmacología experimental. Dentro de los diferentes metabolitos químicos que produce el reino vegetal, tanto la familia de flavonoides como la de alcaloides, presentan importantes características farmacológicas, haciéndolos interesantes para su estudio. El presente proyecto contempla la búsqueda de principios activos de origen natural orientados a su evaluación con potenciales aplicaciones terapéuticas: A) Drogas con actividad inhibidora de Acetilcolinesterasa (AcHE) Se evaluará el contenido químico en alcaloides de Lycopodium de especies sudamericanas de Huperzia:Huperzia quadrifariata, Huperzia reflexa y Huperzia acerosa, estudiando sus propiedades como agentes con actividad anticolinesterasa y su relación sobre la memoria y el aprendizaje. B) Drogas con actividad inhibidora sobre sistemas enzimáticos relacionados a eventos inflamatorios: La óxido nítrico sintasa inducilbe (iNOS) es la enzima responsable de la sobreproducción patológica del óxido nítirico (NO), un mediador citotóxico en procesos inflamatorios. Así, evaluaremos si flavonoides obtenidos de Dalea elegans, Dalea boliviana y Prosopis strombulifera, podrían tener algún efecto inhibitorio tanto sobre la producción de NO, como en la expresión de la iNOS, utilizando línea celular derivada de macrófago: J774. C) Drogas con actividad inhibidora de la enzima tirosinasa Tirosinasa es la enzima encargada de la formación de melanina y su inhibición, permitiría la obtención de nuevos agentes terapéuticos y cosméticos que serían útiles para tratar trastornos de hiperpigmentación. De este modo, se estudiará la actividad de flavonoides prenilados obtenidos de especies de Dalea (Dalea elegans y Dalea boliivana) sobre la inhibición de tirosinasa de hongos "in vitro". De este modo, el presente plan de trabajo tiene como propósito el estudio de flavonoides y alcaloides, obtenidos de especies sudamericanas, no solo en su aspecto químico sino también su aplicación en estudios biológicos que permitan asignar actividades, evaluando potenciales efectos farmacológicos y sus posibles mecanismos de acción.

VARIABILIDAD CLÍNICA DE LA MIOCARDIOPATÍA CHAGÁSICA: INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN GENÉTICA DEL TRYPANOSOMA CRUZI

El descubrimiento de técnicas más sensibles para la detección del T. cruzi en el enfermo chagásico rescató el rol primordial del parásito en la patogenia y actualmente se considera a la enfermedad como el producto de la interacción de los genomas del parásito y el humano. Sin embargo aún queda por responder por qué el 30% de las personas infectadas evolucionan hacia una enfermedad cardíaca y el 70% permanece asintomático aunque con serología persistente; así como también la amplia variabilidad clínica, que puede resultar desde una cardiopatía sin consecuencias hasta producir muerte súbita. En este sentido, se ha descripto que la variabilidad genética del parásito debe estar relacionada con el tropismo del mismo a los diferentes órganos del huésped y, por lo tanto, con la forma clínica de la enfermedad y con las diferencias observadas luego del tratamiento específico de la enfermedad. Es por ello que proponemos determinar la importancia que tiene la composición genética del aislamiento de T. cruzi que infectó al huésped y/o la de los clones diferentes que pueden aparecer en sangre para explicar la amplia variabilidad de síntomas y signos que manifiestan los pacientes con cardiopatía chagásica crónica. Estos resultados contribuirán al entendimiento de la fisiopatogenia de la miocardiopatía chagásica y sus variabilidades clínicas y facilitarán establecer el pronóstico y tratamiento de la enfermedad. Pacientes que concurran al Hospital Materno Infantil de la Provincia de Córdoba, al Hospital Nacional de Clínicas y a la Clínica Sucre serán tratados de acuerdo con la declaración de Helsinki y firmarán consentimiento informado. Se seguirá la evolución clínico-cardiológica por radiografía, electrocardiografía y ecocardiografía. La serología para Chagas se determinará por HAI-ELISA. Se obtendrán muestras de sangre de estos pacientes que se clasificarán con serología positiva para Chagas sin cardiopatía, con cardiopatía leve y con cardiopatía severa. Extracción del ADN: las muestras de sangre periférica de cada paciente se mezclarán con igual volumen de guanidina 6M/EDTA 0,5M. El ADN se extraerá por técnicas convencionales con fenol:cloroformo:alcohol isoamílico y luego se precipitará con etanol. Finalmente la solución se resuspenderá en agua estéril libre de nucleasas. Se conservará a -4º C hasta su uso para la amplificación del contenido de ADN del parásito por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). PCR: la detección de los parásitos en cada muestra se determinará mediante la amplificación por PCR de un fragmento de la región variable correspondiente al minicírculo del ADN del kinetoplasto (kADN), utilizando primers específicos para dicha región. Análisis de la región variable del kADN por enzimas de restricción: la caracterización de los parásitos de cada muestra se realizará además mediante el análisis de los fragmentos producidos luego de la digestión con enzimas de restricción (RFLP). El amplificado producto de la PCR se utilizará para la digestión con las enzimas de restricción y los fragmentos obtenidos serán separados por electroforesis en geles de agarosa 2% teñidos con bromuro de etidio. Análisis de los resultados: Los perfiles de bandas obtenidos luego de la digestión con las enzimas de restricción de las muestras de sangre de los pacientes se correlacionarán con la sintomatología clínica de cada uno de ellos para determinar si existe relación entre la variabilidad genética del parásito infectante y la variedad clínica presentada. Los perfiles de bandas obtenidos luego de la RFLP de las muestras de sangre se analizarán cualitativamente por observación de los geles.

Actividades Experimentales para el Área de Ciencias Naturales

El aula es el espacio adecuado que puede facilitarle al estudiante como establecer la relación entre observación y teoría, y suministrarle la oportunidad para conocer como los científicos tratan las teorías alternativas y/o métodos para elegir la más apropiada y de esta manera llegar a conclusiones. Distintos autores (Novak, 1990; García y otros, 1999; Salinas y Otros, 1992; Salinas, 1996a, Gil Pérez y Valdez Castro, 1996; Capuano y otros, 2001, Martín y otros, 2011) proponen en sus escritos que una actividad importante a desarrollar, con fines a propiciar el cambio conceptual en los alumnos, es el desarrollo de trabajos de experimentos, pues en ese ámbito es donde el alumno, al enfrentar una situación problemática hábilmente presentada, puede entrar en un conflicto conceptual ó cognitivo, al ver que surgen discrepancias entre sus conceptos incorporados y las evidencias que provee el trabajo experimental, pudiendo esto favorecer la modificación de sus ideas previas y abandonar los esquemas mentales no científicos, si correspondiera. Si analizamos la historia de las Ciencias naturales, desde tiempos remotos hasta nuestros días, podremos identificar numerosas e importantes experiencias llevadas a cabo por científicos, que podríamos definir como “experiencias cruciales” (EC), puesto que las conclusiones a las que llegaron, marcaron un hito referencial en la evolución del conocimiento científico, dando lugar al descubrimiento de nuevas leyes, y en algunos casos, dejando de lado otras. Se sabe que los experimentos constituyen actividades muy útiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje de la Física (Salinas y Colombo, 1992; Capuano y otros, 2001), pero esto se hace efectivo siempre y cuando se logre que el alumno reflexione críticamente acerca del trabajo experimental, no lo desarrolle mecánicamente al estilo de una receta, y que la experiencia diseñada logre despertar su interés (Salinas, 1996b). Las prácticas de laboratorio como actividades de mera ilustración son cuestionables (Gil Pérez y Valdez Castro, 1996). El alumno debe ser el principal actor en este ámbito y sentirse partícipe de la formación de su propio conocimiento. Si las prácticas experimentales se piensan y desarrollan, estructuradas de manera tal que resulten significativas para los alumnos, se podría revertir la actitud desinteresada hacia la actividad experimental que ellos presentan y generar las condiciones para favorecer el cambio conceptual en su estructura cognitiva. Si logramos que los alumnos comprendan que las dificultades que ellos experimentan al intentar abordar un nueva situación problemática, son similares a las que tuvieron que enfrentar los científicos en su intento de entender y poder explicar los fenómenos del mundo natural y que éstos, en muchos casos, los resolvieron mediante la práctica experimental, daremos un paso muy importante motivándolos a entender el complejo mundo que los rodea. A partir de estos supuestos resulta por lo menos interesante disponer de un Cuaderno de Experimentos que permita introducir actividades experimentales dentro de las prácticas educativas como una herramienta de útil para la enseñanza de las Ciencias Naturales Bibliografia Capuano, V.; Follari, B.; Dima, G.; De La Fuente, A.; Gutierrez, E. y Perrotta, M., Los experimentos cruciales en la enseñanza de la Física y el espejo de Lloyd. Memorias del Encuentro Nacional de Profesores de Física. Córdoba. pp.119-127, 2001. García, P., Insausti, M. y Merino, M., Propuesta de un modelo de trabajos prácticos de física en el nivel universitario. Enseñanza de las Ciencias, 17 (3), 533-542, 1999. Gil Pérez, D. y Valdéz Castro, P., La orientación de las prácticas de laboratorio como investigación: un ejemplo ilustrativo. Enseñanza de las Ciencias, 14 (2), 155-163, 1996. Martín, J; Cantero, P; Rodriguez, C; Galeasso, A; Rossi, F, Babenco, M. Diseño y construccion de un datalogger para instrumentar la toma de datos en el laboratorio de física. Memorias de la XVII Reuni