Caracterización de moléculas de rizobacterias y de leguminosas con alto impacto productivo y tecnológico en la provincia de Córdoba

La provincia de Córdoba cuenta con alto desarrollo agrícola a base de cereales y leguminosas, como por ejemplo el maní. Pero este cultivo con los años ha trasladado su zona de siembra original y se ha extendido hacia otras áreas de mayor riesgo ambiental a raíz de la implantación de la soja. Diversas son las consecuencias de estas dos acciones y que se extienden desde lo agroecológico hasta lo científico-técnico. Este previo estado del arte y las referencias bibliográficas que apuntan a la necesitad de aumentar el valor agregado de los cultivos, nos ha llevado a formular una hipótesis de trabajo y es que las plantas de maní y soja así como las rizobacterias que se asocian con ellas, son productoras de diversas moléculas con potencial uso biológico en la productividad del cultivo y en aplicaciones tecnológicas, biológicas e industriales. Sumado a lo anterior y a las ideas gubernamentales de la necesidad de obtener conocimiento y capitalizarlo como riqueza, y la imperiosa urgencia de responder a demandas regionales, se presenta este proyecto cuyo objetivo general apunta a estudiar la producción de diversas moléculas de rizobacterias y leguminosas con el fin de mejorar la productividad de los cultivos y desarrollar nuevas aplicaciones tecnológicas en la provincia de Córdoba. Para cumplir dentro de los dos años de trabajo solicitados con lo expuesto anteriormente, la investigación será dividida en objetivos específicos y que consisten en investigar la producción de moléculas de raíces de maní y soja, analizar la respuesta microbiana a las rizodeposiciones de ambas leguminosas y evaluar el posible papel biológico y aplicación tecnológica de moléculas de ambos tipos de organismos. Nuestro grupo es de caracter multidisciplinar y ahondará en la diversidad molecular producida por raíces de maní y soja en direfentes días y la respuesta de las rizobacterias que se asocian ellas utilizando técnicas químicas (HPLC, GC, GC-masa) y herramientas microbiológicas y bioquímicas clásicas. Con fines de aplicación tecnológica se determinará la posible acción antioxidante de los extractos vegetales sobre sistemas modelos de ensayo así como la búsqueda de enzimas y hormonas microbianas aplicables en otros campos de la ciencia. De esta forma se pretende atender algunas demandas de diferentes sectores del centro sur de Córdoba y del país pero fundamentalmente posibilitar nuevas aplicaciones de las leguminosas y de las rizobacterias además de permitir la formación académicas de alumnos de grado y posgrado de la UNRC.

Mejoramiento de insecticidas de banda verde por incorporación en ciclodextrinas, co-cristales y niosomas

La aplicación de agroquímicos para proteger granos y vegetales es una parte importante de los procedimientos corrientes en el manejo integrado de plagas ya que 20- 40% de la producción mundial potencial se pierde cada año por plagas, malezas y enfermedades. La necesidad de modificar la naturaleza química de los pesticidas para hacerlos más amigables con el ambiente llevó al desarrollo de un gran número de pesticidas clasificados como de banda verde, menos tóxicos, menos contaminantes y más selectivos que los tradicionales. Entre ellos se incluyen los insecticidas reguladores de crecimiento (IGR) seleccionados para este proyecto. Sin embargo, como compuestos orgánicos, tienen baja solubilidad acuosa lo que usualmente requiere de la formulación para su uso agrícola con otros vehículos como aceites o solventes que son contaminantes. Las regulaciones internacionales son cada vez mas estrictas en cuanto al uso de pesticidas por lo que es muy importante el desarrollo de tecnologías apropiadas para la utilización de compuestos de banda verde en los cultivos de la región. Nuestra propuesta se enfoca en generar formas alternativas (‘paquetes moleculares’ multi-componentes) de estos IGR que tengan mayor solubilidad acuosa que los compuestos no tratados, posibilitando su formulación en medio acuoso ambientalmente amigable. Las rutas elegidas comprenden la inclusión de los IGR dentro de sistemas nanoestructurados como la cavidad de ciclodextrinas (CDs), su incorporación en co-cristales y el encapsulado en niosomas. Las CDs son moléculas cíclicas biodegradables y no-tóxicas, formadas por unidades de glucosa. Los niosomas son vesículas microscópicas con un corazón acuoso encerrado por una membrana de surfactantes no iónicos que forman estructuras bicapa cerradas. Los co-cristales resultan de la interacción entre un compuesto y un co-formador con una estructura complementaria con el primero que permite la formación de enlaces puente H entre ambos. Los tres procesos involucran interacciones ‘suaves’ entre el IGR y la otra especie, dejando intacta la integridad biológica del insecticida. Se espera así obtener una diversidad de sistemas para diferentes opciones de formulación. Se eligieron IGR derivados de benzoilfenilurea (BPU), dibenzoilhidracinas (DBH) e isopreno, clasificados como clase U (unlikely to present acute hazard in normal use) por la OMS que tienen relativamente baja toxicidad para humanos y otros mamíferos, alta selectividad para insectos y muy poca solubilidad acuosa. Luego del aislamiento de las nuevas construcciones moleculares, se establecerán los efectos sobre las propiedades fisicoquímicas de los IGR. Se efectuarán estudios en estado sólido y en solución. Los complejos sólidos en CDs preparados por distintos métodos se examinarán por FTIR y RMN en estado sólido, microscopía FTIR, difracción de Rayos X de polvo y monocristales, TGA, DSC y microscopía ‘hot stage’. Por RMN, dicroísmo circular inducido y titulación calorimétrica isotérmica se estudiarán aspectos termodinámicos y estructurales de la inclusión en solución. El efecto sobre la solubilidad y estabilidad química de los IGR se investigará midiendo, respectivamente, las velocidades de disolución de los complejos y las velocidades de degradación de los IGR en presencia y ausencia de CDs. Para la obtención de co-cristales se usarán moléculas co-formadoras ‘GRAS’ (generally regarded as safe) elegidas en base a la complementariedad de sus grupos funcionales capaces de formar enlaces de H con los de los IGR. Las medidas de los puntos de fusión y velocidad de disolución son parámetros importantes para determinar su eventual utilidad. Los niosomas se prepararán en presencia de los IGR por distintas técnicas usando los surfactantes no iónicos y no tóxicos Tween 20 y 80, Span 20 y 80 y Brij-35. Se analizarán el tamaño y morfología de los agregados por microscopía de transmisión electrónica y se determinará la estabilidad en el tiempo de los niosomas por UV-vis.

Evaluación de los mecanismos farmacológicos relacionados a la actividad antitumoral y antibacteriana de compuestos aislados a partir de plantas del centro de Argentina

El uso de plantas para tratar diferentes patologías es tan ancestral como la humanidad misma, constituyendo estas una destacada fuente de drogas terapéuticas. Actualmente, se estima que un 25 % del total de las drogas utilizadas en la clínica corresponden a principios activos aislados de plantas superiores y a drogas semi-sintéticas obtenidas a partir de estos precursores naturales. Sin embargo, a pesar de contar con este importante número de estas entidades farmacológicas, al cual se le suma una abundante cantidad de moléculas sintéticas, aún no se dispone de suficientes fármacos que satisfagan simultáneamente las actuales demandas de la terapéutica relacionadas a efectividad, selectividad y mínimo impacto en el desarrollo de resistencia. Esta ausencia se torna crítica en patologías tales como el cáncer o las infecciones bacterianas en donde el fenómeno de resistencia a la acción del medicamento es frecuente, constituyendo la principal causa de fallas en los tratamientos. Esto ha llevado a los investigadores a recurrir nuevamente al estudio de la extensa cantidad de metabolitos presentes en las plantas que aún restan evaluar, muchos de los cuales exhibirían estructuras desconocidas o novedosos mecanismos de acción. En este contexto, el objetivo general del proyecto es estudiar los mecanismos farmacológicos relacionados a la actividad antitumoral o antibacteriana de metabolitos obtenidos en nuestro laboratorio a partir de plantas pertenecientes a la flora nativa, adventicia y naturalizada de la región central de Argentina con el fin de contar con la información necesaria para su posicionamiento como fármacos. En particular, los trabajos apuntarán a determinar el efecto regulador sobre moléculas constitutivas de las células tumorales a través del cual, dos compuestos previamente identificados en nuestro laboratorio como citotóxico o como inhibidor de la expulsión de quimioterápicos mediado por la bomba de resistencia a multidrogas (MDR) P-glicoproteína (P-gp), ejercen su acción. Por otro lado se propone la obtención de nuevas sustancias con propiedades antibacterianas con especial atención a las moléculas y procesos involucrados en dicha acción. Es importante subrayar, que las sustancias encontradas podrán surgir en el futuro como drogas alternativas per se o como líderes para la síntesis o semi-síntesis de análogos a los fines de ser utilizadas en los tratamientos clínicos o veterinarios. Estos tópicos son de alta prioridad en el campo de la investigación, dada la urgente necesidad de nuevos fármacos selectivos dirigidos contra la célula cancerosa o bacteria patógena.

ESTUDIO DE MOLÉCULAS INVOLUCRADAS EN LA REGULACIÓN DE LA HOMEOSTASIS VACUOLAR Y LA ENDOCITOSIS DE ANTIPARASITARIOS NATURALES EN GIARDIA LAMBLIA

La endocitosis y el tráfico de proteínas lisosomales son eventos esenciales en los parásitos patógenos ya que están directamente vinculados a procesos específicos vitales tales como la invasión de células hospedadoras, la nutrición y la diferenciación celular a estadios resistentes. En el parásito unicelular G. lamblia, las moléculas que participan en estos procesos fueron analizadas por nuestro grupo e incluyen la acción de las proteínas adaptadoras AP-1 y AP-2 y del coatómero clatrina, con implicancia incierta de otras proteínas adaptadoras. Recientemente, hemos identificado a la proteína GlENTHp (Giardia lamblia ENTH protein) que contiene un dominio de ENTH presente en las proteínas adaptadoras monoméricas epsina o epsinaR (proteína relacionada a epsina), que participan en la endocitosis y el tráfico de proteínas desde el aparato de Golgi a los endosomas, respectivamente, en otros tipos celulares. Hemos encontrado que GlENTHp se une clatrina y ubiquitina y, notablemente, también interactúa con la subunidad alfa de la AP-2 (que participan en la endocitosis) y la subunidad gamma de la AP-1 (implicada en el tráfico de Golgi-a-lisosoma). Encontramos también que GlENTHp estaría asociada a membrana a través de su unión a fosfoinosítidos vinculados al anclaje a la membrana plasmática y membrana de Golgi en células de mamífero. La reducción de la expresión de GlENTHp o la sobreexpresión de una mutante de GlENTHp no funcional mostró una acumulación inusual de material electrodenso en las vacuolas lisosomales periféricas o PVs, estando gravemente afectado el crecimiento de los trofozoítos. Un hallazgo similar se observó en trofozoítos salvajes tratados con lactoferrina, un metabolito antimicrobiano natural y una de las barreras de defensa del hospedador más importantes contra G. lamblia. El mismo efecto, se vió luego de la exposición de trofozoítos a LY294002, un inhibidor de las enzimas PI3 quinasas capaces de fosforilar fosfatidilinositol a fosfoinosítidos. Estos estudios acerca de la función molecular de drogas antiparasitarias y el análisis de su relación con la maquinaria endocítica nos permitirían inferir la utilidad clínica de esta droga natural en particular pero también nos permitirán establecer nuevas bases en la investigación de un enfoque de administración de drogas específicas a través de receptores de alta afinidad en general. Por lo tanto, en este proyecto nos proponemos continuar con el estudio del tráfico de proteínas mediado por clatrina implicado en el mantenimiento de la homeostasis de las PVs y su implicancia en la incorporación de giardicidas naturales. Nuevos hallazgos posiblemente nos darán una visión diferente de la función de las PVs y pueden brindar información sobre vías de intervención terapéutica alternativas contra Giardia y otros parásitos relacionados.