Nota. Detección molecular de Heterobasidion annosum s.s. en claras de Pinus nigra en el Pirineo Aragonés

En diciembre de 2007, en la Sierra de Loarre (Huesca) observamos signos de Newrobasidion annosum sensu lato asociados a daños de defoliación y mortalidad en una repoblación de Pinus nigra. Se ha identificado la especie biológica de aislamientos recogidos de este patógeno mediante técnicas moleculares, y se ha corroborado mediante cruces con aislamientos homocariontes, que se trata de H. annosum sensu stricto. Esta especie biológica ataca al género Pinus y puede causar daños sobre Pinus nigra.

Quantum similarity topological indices definition, analysis and comparison with classical molecular topological indices

Es mostra que, gracies a una extensió en la definició dels Índexs Moleculars Topològics, s'arriba a la formulació d'índexs relacionats amb la teoria de la Semblança Molecular Quàntica. Es posa de manifest la connexió entre les dues metodologies: es revela que un marc de treball teòric sòlidament fonamentat sobre la teoria de la Mecànica Quàntica es pot connectar amb una de les tècniques més antigues relacionades amb els estudis de QSPR. Es mostren els resultats per a dos casos d'exemple d'aplicació d'ambdues metodologies

Semblança molecular: representació n-dimensional d'un conjunt de molècules

Es presenta una sèrie de conceptes de semblança molecular quàtica i uns procediments associats de càlcul i representació gràfica dels resultats. Donada una sèrie de molècules es poden obtenir diversos tipus de gràfics que mostren les relacions entre elles. Com a exemple d'aplicació d'aquest procés s'estudia una família de drogues antitumorals

A quantum molecular similarity analysis of changes in molecular electron density caused by basis set flotation and electric field application

Quantum molecular similarity (QMS) techniques are used to assess the response of the electron density of various small molecules to application of a static, uniform electric field. Likewise, QMS is used to analyze the changes in electron density generated by the process of floating a basis set. The results obtained show an interrelation between the floating process, the optimum geometry, and the presence of an external field. Cases involving the Le Chatelier principle are discussed, and an insight on the changes of bond critical point properties, self-similarity values and density differences is performed

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.

Exploring unfrequent events with accelerated molecular dynamics simulations: from photochemistry to drug design

La meva incorporació al grup de recerca del Prof. McCammon (University of California San Diego) en qualitat d’investigador post doctoral amb una beca Beatriu de Pinós, va tenir lloc el passat 1 de desembre de 2010; on vaig dur a terme les meves tasques de recerca fins al darrer 1 d’abril de 2012. El Prof. McCammon és un referent mundial en l’aplicació de simulacions de dinàmica molecular (MD) en sistemes biològics d’interès humà. La contribució més important del Prof. McCammon en la simulació de sistemes biològics és el desenvolupament del mètode de dinàmiques moleculars accelerades (AMD). Les simulacions MD convencionals, les quals estan limitades a l’escala de temps del nanosegon (~10-9s), no son adients per l’estudi de sistemes biològics rellevants a escales de temps mes llargues (μs, ms...). AMD permet explorar fenòmens moleculars poc freqüents però que son clau per l’enteniment de molts sistemes biològics; fenòmens que no podrien ser observats d’un altre manera. Durant la meva estada a la “University of California San Diego”, vaig treballar en diferent aplicacions de les simulacions AMD, incloent fotoquímica i disseny de fàrmacs per ordinador. Concretament, primer vaig desenvolupar amb èxit una combinació dels mètodes AMD i simulacions Car-Parrinello per millorar l’exploració de camins de desactivació (interseccions còniques) en reaccions químiques fotoactivades. En segon lloc, vaig aplicar tècniques estadístiques (Replica Exchange) amb AMD en la descripció d’interaccions proteïna-lligand. Finalment, vaig dur a terme un estudi de disseny de fàrmacs per ordinador en la proteïna-G Rho (involucrada en el desenvolupament de càncer humà) combinant anàlisis estructurals i simulacions AMD. Els projectes en els quals he participat han estat publicats (o estan encara en procés de revisió) en diferents revistes científiques, i han estat presentats en diferents congressos internacionals. La memòria inclosa a continuació conté més detalls de cada projecte esmentat.

MMPBSA decomposition of the binding energy throughout a molecular dynamics simulation of Amyloid-Beta (Aß10-35) aggregation

Recent experiments with amyloid-beta (Aß) peptides indicate that the formation of toxic oligomers may be an important contribution to the onset of Alzheimer's disease. The toxicity of Aß oligomers depend on their structure, which is governed by assembly dynamics. However, a detailed knowledge of the structure of at the atomic level has not been achieved yet due to limitations of current experimental techniques. In this study, replica exchange molecular dynamics simulations are used to identify the expected diversity of dimer conformations of Aß10-35 monomers. The most representative dimer conformation has been used to track the dimer formation process between both monomers. The process has been characterized by means of the evolution of the decomposition of the binding free energy, which provides an energetic profile of the interaction. Dimers undergo a process of reorganization driven basically by inter-chain hydrophobic and hydrophilic interactions and also solvation/desolvation processes.

Biotechnological production of taxanes: a molecular approach

Plant cell cultures constitute a promise for the production of a high number of phytochemicals, although the majority ofbioprocesses that have been developed so far have not resultedcommercially successful. An overview indicates that most of theresearch carried out until now is of the empirical type. For this reason,there is a need for a rational approach to the molecular and cellularbasis of metabolic pathways and their regulation in order to stimulatefuture advances.The empirical investigations are based on the optimization of theculture system, exclusively considering input factors such as theselection of cellular lines, type and parameters of culture, bioreactordesign and elicitor addition, and output factors such as cellular growth,the uptake system of nutrients, production and yield. In a rationalapproach towards the elucidation of taxol and related taxaneproduction, our group has studied the relationship between the taxaneprofile and production and the expression of genes codifying forenzymes that participate in early, intermediate and late steps of theirbiosynthesis in elicited Taxus spp cell cultures. Our results show that elicitors induce a dramatic reprogramming of gene expression in Taxus cell cultures, whichlikely accounts for the enhanced production of taxol and related taxanes and we have alsodetermined some genes that control the main flux limiting steps. The application ofmetabolic engineering techniques for the production of taxol and taxanes of interest is also discussed.

Molecular tracking of coagulase-negative staphylococcal isolates from catheter-related infections

Three molecular typing methods (pulsed-field electrophoresis, localization of the mecA gene, and probing the vicinity of mec) have been used for the characterization of 40 catheter-related isolates of coagulase-negative staphylococci (CNS) in 14 patients admitted to the same hospital. The 40 isolates yielded 14 different SmaI banding patterns and corresponding unique localizations of mecA, each associated with a unique ClaI mecA polymorph. In 6 of the 14 patients the contaminated skin at the catheter entry site was the source of 4 local infections and 2 cases of bacteremia. A contaminated hub was the origin of 2 local infections and 4 cases of bacteremia in 6 more patients. The remaining 2 patients had positive cultures from both skin and catheter hub. In each bacteremic patient, the CNS recovered from catheter-related sites (tip, skin, and/or hub) and the CNS recovered from blood were identical, but each of these matching isolates was unique to the particular patient, indicating a low rate of cross-infection from patient to patient. Although classical methods for typing CNS (e.g., biotype and antibiotype) are readily available for most hospital laboratories, they have limitations concerning reproducibility and discriminatory power. Molecular epidemiologic techniques can provide powerful support to traditional techniques in determining the etiologic role of CNS in the disease process

Molecular Interactions of Prodiginines with the BH3 Domain of Anti-Apoptotic Bcl-2 Family Members.

Prodigiosin and obatoclax, members of the prodiginines family, are small molecules with anti-cancer properties that are currently under preclinical and clinical trials. The molecular target(s) of these agents, however, is an open question. Combining experimental and computational techniques we find that prodigiosin binds to the BH3 domain in some BCL-2 protein families, which play an important role in the apoptotic programmed cell death. In particular, our results indicate a large affinity of prodigiosin for MCL-1, an anti-apoptotic member of the BCL-2 family. In melanoma cells, we demonstrate that prodigiosin activates the mitochondrial apoptotic pathway by disrupting MCL-1/BAK complexes. Computer simulations with the PELE software allow the description of the induced fit process, obtaining a detailed atomic view of the molecular interactions. These results provide new data to understand the mechanism of action of these molecules, and assist in the development of more specific inhibitors of anti-apoptotic BCL-2 proteins.