Estrategias estadísticas y de aprendizaje automático en genómica y proteómica funcional

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cancer, es el análisis y caracterización a través de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabolicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnias de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subycente y así perder informacion relavante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimieto de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo

Estrategias estadísticas y de aprendizaje automático en genómica y proteómica funcional.

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cáncer, es el análisis y caracterización a través de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabólicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnicas de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subyacente y así perder informacion relevante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimiento de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo.

Manejo de enfermedades y mejora de la salud de las plantas mediante la utilización de microorganismos. Caso 2:Relevamiento de las especies de hongos micorrícicos presentes en el suelo y asociadas a raíces de cebollas en diferentes rotaciones de cultivos y su efecto como agentes de bioprotección frente a enfermedades

La diversidad de los microorganismos del suelo es esencial para la sustentabilidad de los sistemas productivos además de ser un indicador integral de la condición de los ecosistemas. Entre estos microorganismos los hongos micorrícicos (HMA) cumplen un papel fundamental, al incrementar la tolerancia de las plantas a estreses bióticos y abióticos. Los sistemas de labranza tradicionales y el monocultivo tienden a disminuir su diversidad y su población, mientras que las rotaciones de cultivos y el establecimiento de praderas hacen incrementar esta diversidad. Phoma terrestris es un hongo patógeno de suelo, agente causal de la “raíz rosada de la cebolla”, enfermedad limitante para dicho cultivo. Su control es muy dificultoso dado que el patógeno sobrevive en el suelo varias campañas agrícolas, tiene un amplio rango de hospedantes y no existen variedades con buen comportamiento frente a los aislamientos argentinos. El presente proyecto propone la determinación biomolecular de los HMA presentes en el suelo y en asociación a las raíces de la cebolla, el estudio de la variaciones producidas en la flora micorríca bajo diferentes rotaciones, la determinación en la sanidad de la cebolla en las diferentes secuencias de cultivo y la evaluación de la capacidad de los mismos para atenuar los efectos deletéreos de P. terrestris.

Manejo de enfermedades y mejora de la salud de las plantas mediante la utilización de microorganismos. Caso 1. "Relevamiento de las especies de hongos micorrícicos presentes en cultivos de cebolla y determinación de su posible rol como agentes de bioprotección contra Phoma terrestris”

La diversidad de los microorganismos del suelo es esencial para la sustentabilidad de los sistemas productivos. Entre estos microorganismos los hongos micorrícicos cumplen un papel fundamental al incrementar la tolerancia de las plantas a estrés biótico y abiótico. Sin embargo, esta función frecuentemente no se concreta dado que los sistemas de labranza tradicionales tienden a disminuir la diversidad de la población de estos hongos simbiontes de las raíces. Phoma Terrestris es un hongo patógeno del suelo, agente causal de la "raíz rosada de la cebolla” enfermedad limitante en dicho cultivo. Su control es muy dificultoso dado que el patógeno sobrevive en el suelo varias campañas agrícolas, tiene un amplio rango de hospedantes y no existen variedades con buen comportamiento frente a los aislamientos argentinos. El presente proyecto propone relevar zonas productoras de cebolla para determinar la diversidad de las especies de hongos micorrícicos presentes y evaluar la capacidad de los mismos para atenuar los efectos deletéreos de Phoma Terrestris.

Persistencia, producción y utilización de pasturas perennes en el centro-sur de la provincia de Córdoba

La producción ganadera sobre pasturas perennes es la alternativa más factible para elevar los rendimientos de los sistemas agrícola-ganadero. Esto permitiría disminuir costos al no requerir siembras anuales, obtener una oferta forrajera más estable a lo largo del año, incrementar la producción secundaria mediante el aumento de la carga animal y mejorar los rendimientos agrícolas por la modificación de las condiciones físicas y químicas del suelo, protegiéndolo en una región muy susceptible a la erosión hídrica y eólica. Las especies perenne integrantes de las praderas de mayor difusión en la región son: alfalfa ( Medicago sativa ) entre las leguminosas y los géneros Festuca, Elitrigia, Bromus y Dactylis de las gramíneas perennes de ciclo otoño-invierno-primaveral. Sin embargo, presentan serios problemas de persistencia y producción con un importante déficit de la oferta forrajera en el período invernal. Hipótesis: En la persistencia y producción de pasturas perennes existen factores climáticos, edáficos, sanitarios y de manejo de la defoliación con diferentes niveles jerárquicos, ya sea por su participación individual o interactuando entre sí. Objetivo General: Estudiar y analizar los efectos de diferentes factores productivos sobre la persistencia y producción de pasturas perennes con el fin de jerarquizar cada uno de ellos. Objetivos Específicos: - Determinar los efectos de algunos factores climáticos, edáficos y de manejo del cultivo sobre la persistencia y producción de alfalfa. - Evaluar distintos regímenes de defoliación en gramíneas perennes de ciclo otoño-invierno-primaveral y relacionarlos con la persistencia y producción invernal. - Analizar en pasturas consociadas base alfalfa el efecto de la carga animal sobre algunos parámetros edáficos, el comportamiento de cada uno de los componentes de la pastura y la producción secundaria. Para el cumplimiento de los objetivos se propone la ejecución de tres subproyectos: * Subproyecto I: Producción y persistencia de praderas consociadas base alfalfa. * Subproyecto II: Manejo de la defoliación de gramíneas perennes de ciclo otoño-invierno-primaveral. * Subproyecto III: Respuesta animal, producción y persistencia de una pastura base alfalfa con tres niveles de carga.

Utilización de técnicas de Biología Molecular en el diagnóstico clínico: detección de Trypanosoma cruzi y su relación con el compromiso cardiovascular en pacientes chagásicos

La enfermedad de Chagas, que afecta en Latinoamérica a unos 20 millones de personas, presenta una fase inicial aguda con niveles altos de parasitemia y a continuación el período intermedio y la fase crónica con baja parasitemia que pueden durar varias décadas. Un importante porcentaje de infectados con Trypanosoma cruzi desarrolla la miocardiopatía chagásica, cuya fisiopatología plantea actualmente numerosos interrogantes. (...) La dificultad en la comprensión de los mecanismos fisiopatológicos de esta enfermedad se acrecienta con la ausencia de métodos diagnósticos certeros. Actualmente éste se basa en la sospecha clínica-epidemiológica y en pruebas serológicas que sólo indican la memoria inmunológica de la exposición al parásito. La disparidad de resultados entre los diferentes métodos de diagnóstico directo, cultivos anatomopatológicos y hemocultivos puede deberse a que sólo en una proporción de pacientes con serología positiva el parásito está presente o bien a que su presencia sea transitoria y periódica, o bien a la ausencia de un método suficientemente sensible para detectarlo. (...) En nuestro laboratorio hemos demostrado que es posible detectar T. cruzi en sangre de pacientes con Chagas crónico, mediante la amplificación de un fragmento de ADN de T. cruzi de 220 pb. Este fragmento es específico de T. Cruzi y no produce reacciones cruzadas con ADN humano ni Leishmania. En resumen, distintos autores afirman que la presencia del parásito es un factor importante en la generación y mantenimiento de la inflamación miocárdica. Es posible, por lo tanto, que la detección de parasitemia en chagásicos crónicos, tengan o no signos de cardiopatía, sirva como un dato pronóstico sobre la evolución futura de la enfermedad. En el presente proyecto nos proponemos detectar parasitemia en pacientes chagásicos serológicamente positivos que se hallan en las etapas intermedia y crónica de la enfermedad. Este dato se correlacionará con el grado de compromiso cardiovascular para determinar su posible valor pronóstico de la aparición y evolución de la miocardiopatía chagásica. Objetivo general Determinar parasitemia en pacientes chagásicos de fase intermedia y crónicos y correlacionarlo con el grado de compromiso cardíaco, en función del timpo de evolución y el número de parásitos circulantes. Objetivos específicos 1. Identificar parasitemia en pacientes chagásicos crónicos por medio de PCR y correlacionarlo con el grado de compromiso cardíaco determinado según la clasificación de la Sociedad Argentina de Cardiología. 2. Cuantificar los parásitos por medio de PCR cuantitativa para establecer una posible correlación con el tipo clínico de las miocardiopatías.

Utilización de energías renovables en la producción agrícola

El proyecto abordará tres aspectos muy importantes como son la determinación de los distintos parámetros de secado de granos de amaranto con técnicas de laboratorio, la factibilidad de un sistema de secado con aprovechamiento de energía solar y la calefacción de invernaderos con energía geotérmica. (...) Los amarantos son plantas cultivadas desde épocas remotas y redescubiertas por la agricultura moderna como seudo cereales, hortalizas y forrajeras de notables cualidades alimenticias. El amaranto debe ser manipulado en forma similar a otros granos. (...) El secado de este producto es un problema cuya resolución plantea dificultades técnicas y económicas. Otro aspecto de importancia es el cultivo bajo invernaderos; es sabido que cada vez son mayores los esfuerzos tendientes a lograr una climatización controlada bajo la cubierta de cultivos bajo invernadero, que permita superar los problemas del excesivo enfriamiento nocturno. (...) Objetivos generales y específicos: Objetivos Generales: * Desarrollar tecnologías que mejoren la calidad y el rendimiento económico de la producción agrícola mediante energías renovables. * Contribuir a la mejora del medio ambiente a través del uso de energías no contaminantes y renovables. Objetivos particulares: * Determinación de los parámetros de secado y coeficientes físicos de los granos de amaranto. * Determinación de curvas de deterioro de almacenamiento bajo condiciones controladas. * Adaptación de métodos y alternativas de ahorro energético, al secado de granos de amaranto a campo tendientes a definir su manejo post cosecha. * Analizar la factibilidad de un sistema de secado con aprovechamiento de la energía solar. * Evaluar una propuesta económicamente viable de ahorro de energía y de protección térmica de los cultivos. *Comprender la importancia de los factores que intervienen en los balances térmicos de invernaderos en general y en particular de aquellos con las mejoras propuestas en el presente proyecto. * Conservar la energía almacenada durante el día, en el invierno, mediante el uso de una película reflectante de la IR. * Diseñar un sistema de calentamiento para aumentar la entalpía del agua proveniente del surgente.

Sistema de comunicación con alta escala de integración, tolerante a fallas, para su utilización en microsatélites

Nuestro grupo está utilizando dos nuevas técnicas en el desarrollo electrónico aplicado a la instrumentación científica. Una es la del diseño, simulación y generación de máscaras de circuitos integrados que serán fabricados en el exterior. Otra, la implementación de sistemas utilizando Procesadores Digitales de Señales (DSPs). Actualmente se pretende estudiar, desarrollar e implementar dispositivos tolerantes a fallas para comunicaciones en el medio ambiente espacial con tecnología y presupuesto disponibles en nuestro país. La importancia del proyecto radica en que nuestra incipiente actividad espacial, necesita de la solución a los problemas asociados para producir resultados a nivel internacional. (...) Objetivos generales y específicos * Los sistemas de comunicación con alta escala de integración, tolerante a fallas, para su utilización en microsatélites se perfilan actualmente como la alternativa más viable para la investigación y el desarrollo espacial. Esto abre un conjunto de interesantes líneas de trabajo, entre las cuales se encuentra el desarrollo de dispositivos electrónicos aptos para soportar las severas condiciones impuestas por el medio ambiente espacial. El uso de elementos de muy alta escala de integración permite optimizar el aprovechamiento del espacio y potencializar la flexibilidad y perfomance de los sistemas utilizados a bordo. Pero el principal problema que presentan estos sistemas es su vulnerabilidad frente a las radiaciones, que se manifiesta, principalmente, produciendo fallas como "Latch up", corrimientos de voltajes umbrales y S.E.UP S.("Single Event Up Sets"). * Luego, el objetivo específico consiste en investigar las distintas posibilidades que ofrece el estado actual del arte para mitigar los efectos negativos de estas fallas, estudiar la factibilidad de implementación de soluciones con la tecnología y presupuesto disponibles en Argentina, aplicar estos métodos al desarrollo de dispositivos para comunicaciones que utilizan elementos de alta escala de integración y planear estrategias generales para aplicarlas a otros tipos de dispositivos.

Las ciclodextrinas y su utilización en Química Farmacéutica

Se conocen una serie de derivados naftoquinónicos los cuales poseen propiedades tripanosidas, bactericidas y antineoplásicas. Desafortunadamente estos compuestos presentan una muy baja solubilidad en agua, la cual es de 3-4 órdenes de magnitud inferior a la concentración mínima necesaria para la formulación de soluciones parentales utilizadas en estudios clínicos. Además este es también un factor limitante para la realización de estudios in vitro a algunos de estos derivados. Para revertir esta situación se intentará la la formación de complejos de inclusión con ciclodextrinas, ya que en la literatura se encuentra una gran cantidad de antecedentes respecto al aumento de la solubilidad en agua de diversas drogas mediante la utilización de ciclodextrinas. Los estudios comprenderán: 1. Formación de complejos de inclusión. a. En solución. Se intentará la formación de complejos entre la 2-hidroxi-N-(3,4-dimetil-5-isoxazolil) -1, 4-naftoquinona-4-imina con la 2-hidroxi-N-(5-metil-3-isoxazolil)-1,4- naftoquinona-4-imina con la 2-hidroxipropil-b-ciclodextrina. Se analizará el efecto que produce la encapsulación molecular sobre la solubilidad acuosa y la estabilidad. b. En estado sólido. Se prepararán complejos de inclusión sólidos, los cuales se caracterizarán por métodos de análisis térmicos y por IR. 2. HPLC utilizando soluciones acuosas de Ciclodextrinas como fase móvil. Se analizará el efecto que ejerce, sobre la separación de ácido acetilsalicílico y ácido salicílico, la adición de ciclodextrinas a la fase móvil de un sistema de HPLC, con el objeto de encontrar un método de análisis rápido y sencillo para muestras comerciales de AAs.

Desarrollos estadísticos para el procesamiento de información genómica masiva en agro-biotecnología. Statistical developments for processing massive genomic information in agro-biotechnology.

Nuevas biotecnologías, como los marcadores de la molécula de ADN, permiten caracterizar el genoma vegetal. El uso de la información genómica producida para cientos o miles de posiciones cromosómicas permite identificar genotipos superiores en menos tiempo que el requerido por la selección fenotípica tradicional. La mayoría de los caracteres de las especies vegetales cultivadas de importancia agronómica y económica, son controlados por poli-genes causantes de un fenotipo con variación continua, altamente afectados por el ambiente. Su herencia es compleja ya que resulta de la interacción entre genes, del mismo o distinto cromosoma, y de la interacción del genotipo con el ambiente, dificultando la selección. Estas biotecnologías producen bases de datos con gran cantidad de información y estructuras complejas de correlación que requieren de métodos y modelos biométricos específicos para su procesamiento. Los modelos estadísticos focalizados en explicar el fenotipo a partir de información genómica masiva requieren la estimación de un gran número de parámetros. No existen métodos, dentro de la estadística paramétrica capaces de abordar este problema eficientemente. Además los modelos deben contemplar no-aditividades (interacciones) entre efectos génicos y de éstos con el ambiente que son también dificiles de manejar desde la concepción paramétrica. Se hipotetiza que el análisis de la asociación entre caracteres fenotípicos y genotipos moleculares, caracterizados por abundante información genómica, podría realizarse eficientemente en el contexto de los modelos mixtos semiparamétricos y/o de métodos no-paramétricos basados en técnicas de aprendizaje automático. El objetivo de este proyecto es desarrollar nuevos métodos para análisis de datos que permitan el uso eficiente de información genómica masiva en evaluaciones genéticas de interés agro-biotecnológico. Los objetivos específicos incluyen la comparación, respecto a propiedades estadísticas y computacionales, de estrategias analíticas paramétricas con estrategias semiparamétricas y no-paramétricas. Se trabajará con aproximaciones por regresión del análisis de loci de caracteres cuantitativos bajo distintas estrategias y escenarios (reales y simulados) con distinto volúmenes de datos de marcadores moleculares. En el área paramétrica se pondrá especial énfasis en modelos mixtos, mientras que en el área no paramétrica se evaluarán algoritmos de redes neuronales, máquinas de soporte vectorial, filtros multivariados, suavizados del tipo LOESS y métodos basados en núcleos de reciente aparición. La propuesta semiparamétrica se basará en una estrategia de análisis en dos etapas orientadas a: 1) reducir la dimensionalidad de los datos genómicos y 2) modelar el fenotipo introduciendo sólo las señales moleculares más significativas. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, nuevas herramientas y procedimientos de análisis que permitan maximizar la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos y su aplicación en desarrollos agro-biotecnológicos.

Sistemática filogenética y biología reproductiva con énfasis en solanum y capsicum (solanaceae). Systematics, phylogeny and reproductive biology with emphasis in solanum and capsicum (solanaceae).

Muchas respuestas a preguntas básicas sobre relaciones evolutivas, ubicación sistemática y evolución de caracteres morfológicos y ecológicos pueden ser obtenidas a través de las reconstrucciones filogenéticas. Sobre este contexto se pretende encarar en este proyecto estudios de filogenia molecular, revisiones sistemáticas, biología reproductiva y citogenética en Solanáceas americanas. Se intentará resolver la delimitación específica de Solanum sect. Solanum y Geminata, y Capsicum, y establecer relaciones filogenéticas en estos grupos. Se harán revisiones analizándose caracteres vegetativos y reproductivos críticos para evaluar su variabilidad y definir su valor taxonómico; para los estudios moleculares se utilizarán los marcadores ndhF, trnT-L, trnL-F y waxy. En base a los resultados se propondrán agrupamientos y relaciones de parentesco. Además, se hará un estudio cariosistemático para caracterizar y circunscribir especies en Solanum y miembros de la tribu Physaleae, y hasta variedades y/o cultivares en Capsicum, mediante técnicas clásicas y de bandeos de fluorescencia y AgNOR e hibridación in situ fluorescente (FISH). A nivel reproductivo, se estudiará la ecofisiología en las estructuras masculinas y su incidencia en la fructificación en Capscium baccatum. El desarrollo de esta temática comprende experiencias in vivo (a campo y en laboratorio) así como estudios histológicos y químicos.Se espera avanzar en la resolución de algunos problemas: 1) la complicada delimitación de especies de los taxones en estudio; 2) las relaciones filogenéticas en algunos de ellos; 3) la falta de conocimiento de la organización genómica; 4) el origen de las especies cultivadas de Capsicum. En cuanto a la biología reproductiva, para C. baccatum se pretende avanzar en el conocimiento de variables de relevancia en la reproducción, en especial los efectos del ambiente.

Utilización de biomarcadores para la evaluación integrada de la calidad del agua de la cuenca del río Suquía.Utilization of biomarkers for the integrated evaluation of water quality of the Suquía River Basin.

En los últimos años el grupo de investigación ha caracterizado la calidad de los cuerpos de agua, detectando gradientes de calidad ambiental que se manifiestan por la aparición de tóxicos que generan cambios en la calidad del agua, sedimento y especialmente en la biota. El presente proyecto propone una evaluación integrada de la contaminación de los recursos hídricos abarcando el estudio de las causas de la contaminación y las respuestas biológicas que se producen ante dichas alteraciones. Por ello nuestro objetivo principal es evaluar la contaminación de los recursos acuáticos a través del desarrollo y aplicación de diversas herramientas. El enfoque multidisciplinario del mismo permitirá integrar los análisis de las diferentes áreas de estudio, con el fin de brindarán soluciones al problema generalizado de la contaminación acuática. El fin último es alcanzar una mejor valoración de los cambios temporales y espaciales en la calidad de las cuencas hídricas. Se propone analizar la presencia y concentración de tóxicos en agua, suelo, sedimento y biota conjuntamente con la evaluación de los efectos sobre los organismos a diferentes niveles de organización, lo que permitirá determinar y seleccionar los indicadores más eficientes de la contaminación ambiental. Se desarrollarán biomarcadores moleculares basados en expresión genética en la biota acuática y biomarcadores morfológicos, histológicos y bioquímicos. Además se evaluará el efecto del estrés tóxico sobre los hábitos natatorios de peces utilizando un software recientemente desarrollado por el grupo. También se intensificará la búsqueda de biomarcadores específicos de disrupción endocrina en peces tales como aromatasa, vitelogenina, parámetros estáticos y dinámicos de espermatozoides y comportamiento de cortejo y cópula. Así, el plan propuesto brindará un conjunto de herramientas, con diverso grado de complejidad, para ser usadas en la correcta evaluación del impacto ambiental de las actividades humanas. El grupo de trabajo pretende realizar una fuerte contribución a los conocimientos de base para crear conciencia sobre el problema de las diferentes cuencas en estudio, a fin de llevar a cabo un control sostenido de la calidad de los recursos acuáticos.