Sobre els mapes de semblança quàntica molecular

Partint de les definicions usuals de Mesures de Semblança Quàntica (MSQ), es considera la dependència d'aquestes mesures respecte de la superposició molecular. Pel cas particular en qnè els sistemes comparats siguin una molècula i un Àtom i que les mesures es calculin amb l'aproximació EASA, les MSQ esdevenen funcions de les tres coordenades de l'espai. Mantenint fixa una de les tres coordenades, es pot representar fàcilment la variació del valor de semblança en un pla determinat, i obtenir els anomenats mapes de semblança. En aquest article, es comparen els mapes de semblança obtinguts amb diferents MSQ per a sistemes senzills

Descripció de propietats moleculars i activitats biològiques emprant l'energia de repulsió electró-electró

En aquest treball es descriu l'ús de les mesures de semblança molecular quàntica (MSMQ) per a caracteritzar propietats i activitats biològiques moleculars, i definir descriptors emprables per a construir models QSAR i QSPR. L'estudi que es presenta consisteix en la continuació d'un treball recent, on es descrivien relacions entre el paràmetre log P i MSMQ, donant així una alternativa a aquest parimetre hidrofòbic empíric. L'actual contribució presenta una nova mesura, capaç d'estendre l'ús de les MSMQ, que consisteix en l'energia de repulsió electró-electró (Vee). Aquest valor, disponible normalment a partir de programari de química quàntica, considera la molècula com una sola entitat, i no cal recórrer a l'ús decontribucions de fragments. La metodologia s'ha aplicat a cinc tipus diferents de compostos on diferents propietats moleculars i activitats biològiques s'han correlacionat amb Vee com a únic descriptor molecular. En tots els casos estudiats, s'han obtingut correlacions satisfactòries.

Multifunctional ligands for application in Alzheimer’s Disease: molecular modelling and biological evaluation

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of British Columbia, Canadà, entre 2010 i 2012 La malaltia d'Alzheimer (MA) representa avui la forma més comuna de demència en la població envellida. Malgrat fa 100 anys que va ser descoberta, encara avui no existeix cap tractament preventiu i/o curatiu ni cap agent de diagnòstic que permeti valorar quantitativament l'evolució d'aquesta malaltia. L'objectiu en el que s'emmarca aquest treball és contribuir a aportar solucions al problema de la manca d'agents terapèutics i de diagnosi, unívocs i rigorosos, per a la MA. Des del camp de la química bioinorgànica és fàcil fixar-se en l'excessiva concentració d'ions Zn(II) i Cu(II) en els cervells de malalts de MA, plantejar-se la seva utilització com a dianes terapèutica i, en conseqüència, cercar agents quelants que evitin la formació de plaques senils o contribueixin a la seva dissolució. Si bé aquest va ser el punt de partida d’aquest projecte, els múltiples factors implicats en la patogènesi de la MA fan que el clàssic paradigma d’ ¨una molècula, una diana¨ limiti la capacitat de la molècula de combatre aquesta malaltia tan complexa. Per tant, un esforç considerable s’ha dedicat al disseny d’agentsmultifuncionals que combatin els múltiples factors que caracteritzen el desenvolupament de la MA. En el present treball s’han dissenyat agents multifuncionals inspirats en dos esquelets moleculars ben establers i coneguts en el camp de la química medicinal: la tioflavina-T (ThT) i la deferiprona (DFP). La utilització de tècniques in silico que inclouen càlculs farmacocinètics i modelatge molecular ha estat un procés cabdal per a l’avaluació dels millors candidats en base als següents requeriments: (a) compliment de determinades propietats farmacocinètiques que estableixin el seu possible ús com a fàrmac (b) hidrofobicitat adequada per travessar la BBB i (c) interacció amb el pèptid Aen solució.

Esfingolipids i senyal•lització cel.lular: l'(E)-2-hexadecenal com a possible lípid bioactiu

L’esfingosina-1-fosfat (S1P) és un lípid bioactiu amb funcions crucials en la biologia cel•lular. Entre aquestes, la seva activitat mitogènica i citoprotectora són les més estudiades. L’S1P és catabolitzada intracel•lularment mitjançant l’esfingosina-1-fosfat liasa (SGPL1) per generar (E)-2-hexadecenal i fosforiletanolamina. L’objectiu d’aquest projecte és explorar si l’(E)-2-hexadecenal és realment un catabòlit innocu o bé si, pel seu caràcter acceptor de Michael, és capaç de reaccionar amb pèptids o proteïnes específics. Aquesta interacció podria traduïr-se en funcions biològiques determinades, algunes de les quals són possiblement atribuïdes a l’esfingosina-1-fosfat com a tal. Per poder explorar el potencials adductes proteïcs amb l’aldehid, s’han emprat, sobre cèl•lules HeLa que sobreexpressen SGPL1, sondes anàlegs a esfingosina i esfinganina (i els seus derivats fosforil•lats) que presenten una funció azida en la posició omega de la cadena esfingoide. Aquestes, mitjançant química click sense coure, s’han fet reaccionar amb una molècula que presenta un dibenzociclooctí unit a biotina DBCObiotina). Després d’aïllar les proteïnes així biotinilades amb una reïna d’estreptavidina, aquestes es van separar per electroforesi. Les bandes proteïques observades es van extreure del gel i es van digerir amb tripsina, per posteriorment analitzar els pèptids per MALDI-TOF, el que permetria l’identificació de proteïnes a partir de “peptide mass fingerprinting”. Lamentablement, a la fi d’aquest contracte, encara no s’ha pogut identificar cap proteïna que s’uneixi a l’aldehid alliberat per la reacció de l’esfingosina-1- fosfat liasa. No obstant, durant aquest temps s’ha millorat el mètode per detectar aquests adductes proteïcs. Per això, si la recerca continua en aquesta línia, properament es podria saber amb certesa si existeixen o no aquestes interaccions covalents entre determinades proteïnes i l’(E)-2-hexadecenal.

Estudi teòric de nanotubs de nitrur de bor d'interès biomèdic

La integració dels materials biocompatibles en la nanotecnologia ha permès aquesta àrea tenir aplicacions en els camps de la biologia i la medicina, un fet que ha donat lloc a l'aparició de la nanobiotecnologia. La gran majoria d'aquestes aplicacions es basen en un aspecte fonamental: la interacció que es dóna entre els constituents biològics (normalment proteïnes) i els materials biocompatibles. Els nanotubs de carboni presenten una citotoxicitat inherent, mentre que els de nitrur de bor (BNNTs), isòsters amb els de carboni, són inherentment no-citotòxics i mostren una afinitat natural per les proteïnes. En aquesta memòria es presenten els resultats obtinguts de la interacció de BNNTs amb constituents bàsics biomoleculars (molècules que representen grups funcionals i aminoàcids) en absència de solvent mitjançant tècniques de modelatge i càlculs químic-quàntics amb tractament periòdic realitzats amb el codi CRYSTAL09. En primer lloc, s'ha trobat que els mètodes DFT basats en el GGA donen valors de band gap excessivament baixos (2.7 - 4.6 eV) comparat amb el valor experimental (5.5 eV), mentre que el funcional híbrid B3LYP dóna bons valors de band gap, el més acurat essent un BNNT amb índex (9,0), (5.4 eV). S'ha determinat que la interacció de BNNTs amb molècules pot venir guiat per: i) interaccions datives amb el B; ii) enllaç d'H amb el N; iii) interaccions pi-stacking. Les dues primeres forces d'interacció es veuen afavorides en BNNTs de radi petit, els quals interaccionen molt favorablement amb molècules polars, mentre que les terceres es veuen afavorides en BNNTs de radi gran, els quals interaccionen molt favorablement amb sistemes aromàtics o que continguin dobles enllaços. S'ha estudiat la interacció de BNNTs(6,0) amb molècules que contenen grups funcionals presents en residus aminoàcids i s'ha establert una escala d'afinitats relativa, la qual indica que tenen la major interacció aquelles molècules que estableixen interaccions datives B(nanotub)-N(molècula), seguit d’aquelles molècules que poden establir interaccions de tipus pi-stacking, i acabant amb aquelles molècules que estableixen interaccions datives B(nanotub)-O(molècula). Per últim s'ha estudiat la interacció de BNNTs amb diferents aminoàcids (glicina, lisina, àcid glutàmic i fenilalanina) i s'ha establert una escala d'afinitats relativa, la qual està d'acord amb les tendències observades per les molècules que contenen grups funcionals de residus aminoàcids.

Agonistes de neurotrofines com a teràpia neuroprotectora per la Esclerosi Múltiple

Les neurotrofines son factors tròfics que poden induir la supervivencia, la diferenciació i el creixement de les neurones i aquesta és la principal raó per la qual les estudiem en el context de les malalties neurológiques. Les propietats nombrades son crucials per a la cerca d’efectes funcionals pel que fa a tractaments de malalties neurológiques. Avui en dia. donada la seva activitat neuroprotectora, s’ha intentat l’administració extena de neurotrofines com una terapia per diverses enfermetats cerebrals, pero fins ara han tingut poc o cap resultat donada la inhabilitat d’aquestes molècules per creuar la barrera hematoencefàlica i pels seus efectes secondaris, com ara el dolor neuroilogic. Per això, l’aplicació de petites molècules similars a les neurotrofines es considerada com unapossible sol•lució com un possible tractament neuroprotector amb el cervell com a diana. L’objectiu principal d’aquest projecte és testar l’eficacia d’un compost replicant de la neurotrofina pel tractament de algunes enfermetats neurològiques i per a estudiar el mecanisme d’acció d’aquesta molècula. Els resultats obtinguts fins al moment mostren que hem desenvolupat e identificat un compost replicant de la neurotrofina (G79) que manté la seva capacitat com a factor de creixement nerviós (NGF) en un assaig funcional d’NGF (diferenciació i tests de supervivència). A més a més, hem obtingut una proba de concepte per a la eficacia d’aquest compost com un agent terapèutic en diversos models in vivo e in vitro d’Esclerosi Múltiple, glaucoma, enfermetat de Parkinson y Esclerosi Lateral Amiotrófica. En conclusió, els resultats obtinguts durant aquests dos anys suggereixen que la molècula replicant d’NGF G79 és un bon candidat per a ser desenvolutat com a part d’una estratégica terapeutica la diferenciació neuronal, promou la supervivència, activa la fosforilització de TrkA i TrkB, vies de senyalització específiques de la neurotrofina. Aquesta molècula ademés pot creuar la barrera hematoencefàlica per vies de transport actiu, millora el score clínic en animals infectats per Encefalomielitis Autoinmune Experimental, protegeix les cèlules gangliars retinals en el model in vivo de Glaucoma, promou la supervivència de les cèlules en els models in vitro de l’enfermetat de Parkinson i en ELA. En resum, els nostres resultats sugereixen que les molècules replicants de neurotrofina poden desenvoluparse com part d’una estratègia terapéutica neuroprotectora.

Síntesis de dendrímeros fosforados funcionalizados con quinina y su utilización como organocatalizadores soportados

En este trabajo nos hemos propuesto preparar organocatalizadores dendriméricos conteniendo en superficie un compuesto del pool chiral, como es la quinina. Ésta es un alcaloide derivado de la familia de la cinchona que presenta la ventaja de ser barato, comercialmente asequible y que ha demostrado ser un buen organocatalizador en varias reacciones químicas. Para llevar a cabo el objetivo propuesto, se preparó un compuesto derivado de la quinina a través de una modificación del grupo vinilo, el cual presentaba un grupo fenol en su estructura que sirvió para el posterior anclaje de la molécula resultante a los dendrímeros fosforados de primera y cuarta generación.

Estratègies d'immbolització orientada d'anticossos per a la detecció directa en biosensors òptics: influència en la sensibilitat i especificitat

Els assajos de diagnòstic clínic i biomèdic requereixen tècniques de detecció sensibles, selectives i ràpides que permeten mesurar concentracions de substàncies directament de mostres biològiques com sang, orina o sèrum. Els dispositius biosensors compleixen en gran mesura aquests requisits i en particular, molts esforços van dirigits actualment al disseny de versions compactes de mida reduïda tipus "point of care" (POC) que permeten, per exemple, deslocalitzar les anàlisis dels hospitals i que proporcionen un seguiment del pacient més proper i eficient. Tot i així, la transferència d'aquestes tecnologies a dispositius miniaturitzats i portàtils amb aplicacions definides encara no està totalment assolida. Apart de les dificultats inherents a la integració de components electrònics, òptics, de distribució de líquids, etc. en un sistema menut i portàtil, un important repte en la miniaturització de biosensors és la biofuncionalització de la superfície sensora i la seua estabilitat una vegada s'han immobilitzat els reactius biològics. La detecció de biomarcadors proteics es duu a terme principalment mitjançant immunoassajos, basats en el reconeixement específic de la proteïna per part d'anticossos específics. En el cas de biosensors, el format directe, en el qual un anticòs s'immobilitza sobre la superfície sensora i la proteïna diana es detecta directament de la mostra, hauria de ser el format preferible. Tanmateix, és un dels menys eficients en termes d'estabilitat i sensibilitat, degut en part a la necessitat d'immobilitzar l'anticòs en una orientació adequada sense perjudicar l'afinitat per la molècula diana. En aquest treball s'ha fet un estudi comparatiu entre diferents metodologies d'immobilització d'anticossos sobre un transductor òptic i s'han desenvolupat i optimitzat diferents estratègies de bloqueig de superfície a fi d'obtindre un procediment robust, estable, aplicable a superfícies sensores de diferent naturalesa i que a més, permeta la detecció sensible i selectiva en mostres complexes.

Visualitzador de molècules d'ADN per laboratori virtual

RESUM Com a continuació del treball de final de carrera “Desenvolupament d’un laboratori virtual per a les pràctiques de Biologia Molecular” de Jordi Romero, s’ha realitzat una eina complementaria per a la visualització de molècules integrada en el propi laboratori virtual. Es tracta d’una eina per a la visualització gràfica de gens, ORF, marques i seqüències de restricció de molècules reals o fictícies. El fet de poder treballar amb molècules fictícies és la gran avantatge respecte a les solucions com GENBANK que només permet treballar amb molècules pròpies. Treballar amb molècules fictícies fa que sigui una solució ideal per a l’ensenyament, ja que dóna la possibilitat als professors de realitzar exercicis o demostracions amb molècules reals o dissenyades expressament per a l’exercici a demostrar. A més, permet mostrar de forma visual les diferents parts simultàniament o per separat, de manera que ofereix una primera aproximació interpretació dels resultats. Per altra banda, permet marcar gens, crear marques, localitzar seqüències de restricció i generar els ORF de la molècula que nosaltres creem o modificar una ja existent. Per l’implementació, s’ha continuat amb l’idea de separar la part de codi i la part de disseny en les aplicacions Flash. Per fer-ho, s’ha utilitzat la plataforma de codi lliure Ariware ARPv2.02 que proposa un marc de desenvolupament d’aplicacions Flash orientades a objectes amb el codi (classes ActionScript 2.0) separats del movieclip. Per al processament de dades s’ha fet servir Perl per ser altament utilitzat en Bioinformàtica i per velocitat de càlcul. Les dades generades es guarden en una Base de Dades en MYSQL (de lliure distribució), de la que s’extreuen les dades per generar fitxers XML, fent servir tant PHP com la plataforma AMFPHP com a enllaç entre Flash i la resta de parts.

Aproximación de química genómica para el entendimiento de la repuesta defensiva vegetal frente a patógenos: Identificación de moléculas antagonistas y agonistas de la regulación transcripcional en el mutante ocp1 de Arabidopsis thaliana

La genètica química en plantes constitueix una poderosa ferramenta en auge. Per a profunditzar en l’enteniment dels mecanismes defensius vegetals front a l’atac de microorganismes patògens es va realitzar un rastreig de molècules moduladores de l’expressió del gen Ep5C, que s’activa en resposta a l’aplicació de H2O2 y a l’atac de Pseudomonas syringae. S’ha utilizat el mutant ocp1 d’ Arabidopsis thaliana, obtés per mutagènesi a partir de plantes transgèniques pEp5C::GUS. Coneguda la relació d’Ep5C amb la RdDM gràcies a la implicació funcional d’OCP1 i OCP11, s’identifica a MOD18, MOD2 i MOD1 com a potencials molècules implicades en aquesta ruta. A més a més, s’identifica a MOD1 com a molècula activadora de les defenses a través de la ruta mediada per àcid salicílic.

Identificación de características forenses avanzadas a partir del ADN: etnogeografía, patología delictiva y morfoanatomía

Resumen: El uso de la molécula de ADN ha revolucionado el mundo de la Genética forense, convirtiéndose en una herramienta poderosa para resolver un gran número de casos judiciales. El ADN permite identificar a una persona determinada con una probabilidad de error ínfima. Utilizando el análisis del ADN los ámbitos clásicos de actuación han sido: la resolución de grandes delitos, las pruebas de paternidad o de parentesco en general y por último la identificación de restos humanos que estuviesen muy dañados. Sin embargo, los investigadores policiales buscan obtener más información a partir de las moléculas de ADN extraídas de muestras biológicas (sangre, saliva, semen, células epiteliales, etc.). En este trabajo abordaremos los conocimientos que en la actualidad se tienen de algunas de las características del aspecto externo de los individuos a partir del análisis del ADN de las muestras, su interés desde el punto de vista jurídico y sus limitaciones. En concreto nos centraremos en cuatro grandes áreas de estudio: el análisis del origen geográfico de los ancestros, la genética del comportamiento, la genética médica y las predicciones de características externas tales como el color de los ojos, del cabello, de la piel, la estatura y la edad. Palabras clave: Genética forense, ADN. Origen étnico-geográfico. Patología delictiva. Características externas visibles.

Visualitzador de molècules d'ADN per laboratori virtual

Com a continuació del treball de final de carrera “Desenvolupament d’un laboratori virtual per a les pràctiques de Biologia Molecular” de Jordi Romero, s’ha realitzat una eina complementaria per a la visualització de molècules integrada en el propi laboratori virtual. Es tracta d’una eina per a la visualització gràfica de gens, ORF, marques i seqüències de restricció de molècules reals o fictícies. El fet de poder treballar amb molècules fictícies és la gran avantatge respecte a les solucions com GENBANK que només permet treballar amb molècules pròpies. Treballar amb molècules fictícies fa que sigui una solució ideal per a l’ensenyament, ja que dóna la possibilitat als professors de realitzar exercicis o demostracions amb molècules reals o dissenyades expressament per a l’exercici a demostrar. A més, permet mostrar de forma visual les diferents parts simultàniament o per separat, de manera que ofereix una primera aproximació interpretació dels resultats. Per altra banda, permet marcar gens, crear marques, localitzar seqüències de restricció i generar els ORF de la molècula que nosaltres creem o modificar una ja existent. Per l’implementació, s’ha continuat amb l’idea de separar la part de codi i la part de disseny en les aplicacions Flash. Per fer-ho, s’ha utilitzat la plataforma de codi lliure Ariware ARPv2.02 que proposa un marc de desenvolupament d’aplicacions Flash orientades a objectes amb el codi (classes ActionScript 2.0) separats del movieclip. Per al processament de dades s’ha fet servir Perl per ser altament utilitzat en Bioinformàtica i per velocitat de càlcul. Les dades generades es guarden en una Base de Dades en MYSQL (de lliure distribució), de la que s’extreuen les dades per generar fitxers XML, fent servir tant PHP com la plataforma AMFPHP com a enllaç entre Flash i la resta de parts.