Strategy for optimizing DNA amplification in a peripheral blood PCR assay used for diagnosis of human brucellosis.

We studied two of the possible factors which can interfere with specific DNA amplification in a peripheral-blood PCR assay used for the diagnosis of human brucellosis. We found that high concentrations of leukocyte DNA and heme compounds inhibit PCR. These inhibitors can be efficiently suppressed by increasing the number of washings to four or five and decreasing the amount of total DNA to 2 to 4 microg, thereby avoiding false-negative results.

Comparative Study of a Real-Time PCR Assay Targeting senX3-regX3 versus Other Molecular Strategies Commonly Used in the Diagnosis of Tuberculosis.

BACKGROUND Nucleic acid amplification tests are increasingly used for the rapid diagnosis of tuberculosis. We undertook a comparative study of the efficiency and diagnostic yield of a real-time PCR senX3-regX3 based assay versus the classical IS6110 target and the new commercial methods. METHODS This single-blind prospective comparative study included 145 consecutive samples: 76 from patients with culture-confirmed tuberculosis (86.8% pulmonary and 13.2% extrapulmonary tuberculosis: 48.7% smear-positive and 51.3% smear-negative) and 69 control samples (24 from patients diagnosed with non-tuberculous mycobacteria infections and 45 from patients with suspected tuberculosis which was eventually ruled out). All samples were tested by two CE-marked assays (Xpert®MTB/RIF and AnyplexTM plus MTB/NTM) and two in-house assays targeting senX3-regX3 and the IS6110 gene. RESULTS The detection limit ranged from 1.00E+01 fg for Anyplex, senX3-regX3 and IS6110 to 1.00E+04 fg for Xpert. All three Xpert, senX3-regX3 and IS6110 assays detected all 37 smear-positive cases. Conversely, Anyplex was positive in 34 (91.9%) smear-positive cases. In patients with smear-negative tuberculosis, differences were observed between the assays; Xpert detected 22 (56.41%) of the 39 smear-negative samples, Anyplex 24 (61.53%), senX3-regX3 28 (71.79%) and IS6110 35 (89.74%). Xpert and senX3-regX3 were negative in all control samples; however, the false positive rate was 8.7% and 13% for Anyplex and IS6110, respectively. The overall sensitivity was 77.6%, 85.7%, 77.3% and 94.7% and the specificity was 100%, 100%, 90.8% and 87.0% for the Xpert, senX3-regX3, Anyplex and IS6110 assays, respectively. CONCLUSION Real-time PCR assays targeting IS6110 lack the desired specificity. The Xpert MTB/RIF and in-house senX3-regX3 assays are both sensitive and specific for the detection of MTBC in both pulmonary and extrapulmonary samples. Therefore, the real time PCR senX3-regX3 based assay could be a useful and complementary tool in the diagnosis of tuberculosis.

Estudio de las comunidades microbianas de embutidos fermentados ligeramente acidificados mediante técnicas moleculares. Estandarización, seguridad y mejora tecnológica.

Los embutidos fermentados ligeramente acidificados son un grupo de productos tradicionales mediterráneos, caracterizados por un pH superior a 5,3. Para un control eficiente de la seguridad microbiológica de los embutidos se necesitan técnicas rápidas para la identificación y recuento de los microorganismos patógenos a estudiar. En el presente trabajo, se desarrolló una técnica para la enumeración de L. monocytogenes que combinó el método del número más probable y la identificación mediante PCR específica. Para la detección de Salmonella spp. y L. monocytogenes se desarrolló un sistema de PCR-multiplex que permitió la identificación de ambos patógenos de forma simultánea en una sola reacción. El estudio de la calidad microbiológica de los embutidos fermentados ligeramente acidificados se completó con la caracterización de las comunidades microbianas más importantes en estos productos. Se identificaron a nivel de especie los aislados de bacterias del ácido láctico (BAL), de enterococos y de cocos gram-positivos catalasa-positivos (CGC+). Posteriormente se realizó una tipificación molecular de los mismos mediante RAPD y análisis del perfil plasmídico y se estudiaron las principales características de interés higiénico-sanitario y tecnológico de las cepas. Mediante PCR se identificó Lactobacillus sakei como la especie predominante (74%), seguida por Lactobacillus curvatus (21,2%). La actividad aminoácido-descarboxilasa se asoció a la especie L. curvatus (el 66% de los aislados presentaron esta actividad). La identificación de los enterococos se realizó mediante PCR-multiplex y por secuenciación del gen sodA. Enterococcus faecium fue la especie de enterococos predominante (51,9%) seguida por Enterococcus faecalis (14,2%). Todas las cepas de E. faecalis presentaron genes asociados a factores de virulencia. E. faecalis presentó mayor resistencia a antibióticos que el resto de las especies de enterococos estudiadas. Tan sólo una cepa de E. faecium presentó el genotipo vanA (que confiere resistencia de alto nivel a la vancomicina). La identificación de los aislados de CGC+ (mediante PCR específica y amplificación de la región intergénica 16S-23S ARNr) demostró que Staphylococcus xylosus es la especie predominante en los embutidos fermentados ligeramente acidificados (80,8%). La amina biógena más común en los CGC+ fue la feniletilamina, producida por un 10,8% de aislados. Un pequeño porcentaje de aislados fueron mecA+ (4,6%), presentando además resistencia a múltiples antibióticos. El potencial enterotoxigénico de las cepas de CGC+ fue muy reducido (3,3% de los aislados), detectándose únicamente el gen entC. El estudio pormenorizado de las comunidades bacterianas de interés permitió la selección de 2 cepas de L. sakei y 2 cepas de S. xylosus con características tecnológicas e higiénico-sanitarias óptimas. Para evaluar su efectividad como cultivos iniciadores se elaboraron dos tipos de embutidos ligeramente ácidos, chorizo y fuet, inoculados con microorganismos patógenos (Salmonella spp., L. monocytogenes y S. aureus). El uso de cultivos iniciadores permitió el control de L. monocytogenes, Enterobacteriaceae y Enterococcus así como del contenido en aminas biógenas. Los recuentos de Salmonella spp. disminuyeron de forma significante durante la maduración de los embutidos, independientemente del uso de cultivos iniciadores. El uso del tratamiento de alta presión (400 MPa) en los embutidos madurados consiguió la ausencia de Salmonella spp. en los lotes tratados.

Aislamiento, identificación y conservación de cultivos de bacterias lácticas antagonistas de microbiota contaminante de sangre de matadero

La sangre obtenida en el matadero es un producto altamente contaminado que requiere un procesamiento inmediato si se pretende utilizarla como insumo alimentario en la fabricación de productos destinados al consumo humano. Si bien es cierto que los sistemas de higienización podrían ser muy eficientes desde el punto de vista de calidad microbiológica, su instalación en la línea de sacrificio comportaría muchas dificultades desde el punto de vista técnico y en algún caso sería muy costoso. La bioconservación podría ser una alternativa para mejorar la calidad microbiológica de la sangre, alargar su vida útil y reducir las posibilidades de procesamiento inmediato. El presente estudio nos permitiría formular la posibilidad de aplicar la bioconservación en sangre de cerdo procedente de matadero industrial, utilizando bacterias ácido lácticas (BAL) como cultivo bioprotector, para lo cual se aislaron cepas de BAL autóctonas y se confeccionaron dos colecciones una de BAL mesófilas y otra de psicrótrofas. Se evaluó el potencial antagonista de la colección de BAL mesófilas y psicrótrofas a 30ºC y a 15ºC respectivamente frente a bacterias contaminantes habituales de este subproducto. Las BAL que demostraron antagonismo en placa (7,1% a 30ºC y 11% a 15ºC) fueron seleccionadas para evaluar el potencial antagonista en sangre, donde el efecto inhibitorio se vio favorecido por la adición de un 2% glucosa. S.aureus y P. fluorescens fueron los indicadores más inhibidos por las cepas mesófilas, en algunos casos con reducciones superiores a 7 unidades logarítmicas. En condiciones psicrótrofas la bacteria más sensible a la presencia de BAL fue Bacillus sp., donde 8 de las 11 BAL ensayadas permitieron reducciones superiores a 4 logs y 1cepa incluso superiores a 7 logs; se obtuvieron reducciones máximas de 3 logs de E.coli y Pseudomonas fue inhibida por todas las BAL ensayadas, en algún caso con reducciones superiores a 5 logs. Las 5 que cepas que presentaron el espectro de inhibición más amplio en condiciones mesófilas y 7 en condiciones psicrótrofas frente a los microorganismos indicadores contaminantes de sangre de matadero se identificaron mediante técnicas moleculares por comparación de la secuencias correspondientes al gen que codifica la síntesis de 16S ARNr (16S ADNr) con las secuencias publicadas en las bases de datos. De las 7 cepas antagonistas en condiciones psicrótrofas 5 se identificaron como Lactococcus garvieae y 2 como Enterococcus malodoratus/gilvius raffinosus. Todas las BAL con potencial antagonista en condiciones mesófilas pertenecían al género Lactobacillus, 3 de elllas se identificaron como Lactobacillus murinus/animalis y una se identificó como Lactobacillus reuteri. TA20 que tuvo un gran espectro de inhibición a ambas temperaturas se identificó como Lactococcus garvieae. En este estudio se evaluaron tres métodos de conservación a largo plazo de las cepas que mostraron potencial antagonista. Se comparó la liofilización, la atomización frente a la congelación a -80ºC que era método que se había utilizado hasta el momento para conservar ambas colecciones de BAL. En general, los métodos de deshidratación (atomización y liofilización) y mantenimiento en refrigeración a 5ºC de los cultivos deshidratados se han mostrado más eficaces que la congelación.

Development of molecular-based techniques for the detection, identification and quantification of food-borne pathogens

La presencia de microorganismos patógenos en alimentos es uno de los problemas esenciales en salud pública, y las enfermedades producidas por los mismos es una de las causas más importantes de enfermedad. Por tanto, la aplicación de controles microbiológicos dentro de los programas de aseguramiento de la calidad es una premisa para minimizar el riesgo de infección de los consumidores. Los métodos microbiológicos clásicos requieren, en general, el uso de pre-enriquecimientos no-selectivos, enriquecimientos selectivos, aislamiento en medios selectivos y la confirmación posterior usando pruebas basadas en la morfología, bioquímica y serología propias de cada uno de los microorganismos objeto de estudio. Por lo tanto, estos métodos son laboriosos, requieren un largo proceso para obtener resultados definitivos y, además, no siempre pueden realizarse. Para solucionar estos inconvenientes se han desarrollado diversas metodologías alternativas para la detección identificación y cuantificación de microorganismos patógenos de origen alimentario, entre las que destacan los métodos inmunológicos y moleculares. En esta última categoría, la técnica basada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se ha convertido en la técnica diagnóstica más popular en microbiología, y recientemente, la introducción de una mejora de ésta, la PCR a tiempo real, ha producido una segunda revolución en la metodología diagnóstica molecular, como pude observarse por el número creciente de publicaciones científicas y la aparición continua de nuevos kits comerciales. La PCR a tiempo real es una técnica altamente sensible -detección de hasta una molécula- que permite la cuantificación exacta de secuencias de ADN específicas de microorganismos patógenos de origen alimentario. Además, otras ventajas que favorecen su implantación potencial en laboratorios de análisis de alimentos son su rapidez, sencillez y el formato en tubo cerrado que puede evitar contaminaciones post-PCR y favorece la automatización y un alto rendimiento. En este trabajo se han desarrollado técnicas moleculares (PCR y NASBA) sensibles y fiables para la detección, identificación y cuantificación de bacterias patogénicas de origen alimentario (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis y Salmonella spp.). En concreto, se han diseñado y optimizado métodos basados en la técnica de PCR a tiempo real para cada uno de estos agentes: L. monocytogenes, L. innocua, Listeria spp. M. avium subsp. paratuberculosis, y también se ha optimizado y evaluado en diferentes centros un método previamente desarrollado para Salmonella spp. Además, se ha diseñado y optimizado un método basado en la técnica NASBA para la detección específica de M. avium subsp. paratuberculosis. También se evaluó la aplicación potencial de la técnica NASBA para la detección específica de formas viables de este microorganismo. Todos los métodos presentaron una especificidad del 100 % con una sensibilidad adecuada para su aplicación potencial a muestras reales de alimentos. Además, se han desarrollado y evaluado procedimientos de preparación de las muestras en productos cárnicos, productos pesqueros, leche y agua. De esta manera se han desarrollado métodos basados en la PCR a tiempo real totalmente específicos y altamente sensibles para la determinación cuantitativa de L. monocytogenes en productos cárnicos y en salmón y productos derivados como el salmón ahumado y de M. avium subsp. paratuberculosis en muestras de agua y leche. Además este último método ha sido también aplicado para evaluar la presencia de este microorganismo en el intestino de pacientes con la enfermedad de Crohn's, a partir de biopsias obtenidas de colonoscopia de voluntarios afectados. En conclusión, este estudio presenta ensayos moleculares selectivos y sensibles para la detección de patógenos en alimentos (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis) y para una rápida e inambigua identificación de Salmonella spp. La exactitud relativa de los ensayos ha sido excelente, si se comparan con los métodos microbiológicos de referencia y pueden serusados para la cuantificación de tanto ADN genómico como de suspensiones celulares. Por otro lado, la combinación con tratamientos de preamplificación ha resultado ser de gran eficiencia para el análisis de las bacterias objeto de estudio. Por tanto, pueden constituir una estrategia útil para la detección rápida y sensible de patógenos en alimentos y deberían ser una herramienta adicional al rango de herramientas diagnósticas disponibles para el estudio de patógenos de origen alimentario.

Spontaneous canine transmissible venereal tumor: association between different phenotypes and the insertion LINE-1/c-myc

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Exercício e restrição alimentar aumentam o RNAm de proteínas do trânsito de Ca2+ miocárdico em ratos

FUNDAMENTO: Treinamento físico (TF) aumenta a sensibilidade dos hormônios tireoidianos (HT) e a expressão gênica de estruturas moleculares envolvidas no movimento intracelular de cálcio do miocárdio, enquanto a restrição alimentar (RIA) promove efeitos contrários ao TF. OBJETIVO: Avaliar os efeitos da associação TF e RIA sobre os níveis plasmáticos dos HT e a produção de mRNA dos receptores HT e estruturas moleculares do movimento de cálcio do miocárdio de ratos. MÉTODOS: Utilizaram-se ratos Wistar Kyoto divididos em: controle (C, n = 7), RIA (R50, n = 7), exercício físico (EX, n = 7) e exercício físico + RIA (EX50, n = 7). A RIA foi de 50% e o TF foi natação (1 hora/dia, cinco sessões/semana, 12 semanas consecutivas). Avaliaram-se as concentrações séricas de triiodotironina (T3), tiroxina (T4) e hormônio tireotrófico (TSH). O mRNA da bomba de cálcio do retículo sarcoplasmático (SERCA2a), fosfolamban (PLB), trocador Na+/Ca+2 (NCX), canal lento de cálcio (canal-L), rianodina (RYR), calsequestrina (CQS) e receptor de HT (TRα1 e TRβ1) do miocárdio foram avaliados por reação em cadeia da polimerase (PCR) em tempo real. RESULTADOS: RIA reduziu o T4, TSH e mRNA do TRα1 e aumentou a expressão da PLB, NCX e canal-L. TF aumentou a expressão do TRβ1, canal-L e NCX. A associação TF e RIA reduziu T4 e TSH e aumentou o mRNA do TRβ1, SERCA2a, NCX, PLB e correlação do TRβ1 com a CQS e NCX. CONCLUSÃO: Associação TF e RIA aumentou o mRNA das estruturas moleculares cálcio transiente, porém o eixo HT-receptor não parece participar da transcrição gênica dessas estruturas.

Detecção do DNA de Mycobacterium leprae em secreção nasal

Estudos têm demonstrado alta sensibilidade da técnica da reação em cadeia de polimerase (PCR) na identificação do DNA do Mycobacterium leprae. Este estudo objetivou avaliar a sensibilidade da PCR na detecção do DNA do M. leprae em "swab" nasal de pacientes hansenianos e comparar os resultados com a baciloscopia e formas multibacilares (MBs) e paucibacilares (PBs). Foram coletadas amostras de secreção nasal de 24 pacientes hansenianos, conservadas em solução de lise um e dois. Os resultados da PCR foram altamente significativos (p<0.0000) e revelaram maior sensibilidade do que a baciloscopia, nas diversas formas clínicas. Contudo, são necessários ainda outros estudos, testando novos marcadores e conservantes, com o intuito de elevar a sensibilidade dessa técnica, em amostras de secreção nasal.

Família Enterobacteriaceae, Acinetobacter baumannii e Pseudomonados na microbiota bucal de pacientes mantidos em unidades de terapia intensiva

Enteric organisms, pseudomonads and other opportunistic microorganisms in the oral microbiota have been linked to serious infections in patients hospitalized in intensive care units (ICU). The present study evaluated the presence of family Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa, and Acinetobacter baumannii in the mouth of patients in ICU, correlating it with oral and systemic conditions. Data on health, socioeconomic status, medication use, drug addiction, medical and family histories of patients held for more than 72 hours in the ICU with a diagnosis of severe infection or that developed this condition after entry in said unit were obtained. Fifty patients provided clinical samples of supragingival and subgingival biofilms, saliva and oral mucous membranes were collected, as well as respiratory secretions from patients with pneumonia, blood and urine for sepsis. The presence of target microorganisms was carried out by polymerase chain reaction (PCR) and by culture using selective media. The Chi-square and Mann-Whitney tests were used for statistical analysis, and the significance level was 5%. The intraoral clinical conditions of the patients were poor. The family Enterobacteriaceae was the most prevalent, affecting 39.5% of the supragingival biofilm samples of patients attended in ICU and 18.6% of patients in the control group, besides the rods were the only group found in extraoral samples.

Enterococcus spp. em espécimes clínicos de pacientes atendidos em unidades de terapia intensiva

The relationship between the occurrence of enterococci in the oral microbiota and serious infections in patients hospitalized in intensive care units (ICU) has been established. This study evaluated the presence of Enterococcus faecalis and other species of this genus in the mouths of patients on ICU, correlating it with oral and systemic conditions. Data on health and socioeconomic, medication use, medical and family history of patients maintained for 72 hours in the ICU, diagnosed with severe infection or who have developed this condition after the entry to the unit were obtained. Fifty patients provided intraoral and extraoral clinical samples for analysis (above and subgingival biofilm, saliva and buccal mucosa, followed by obtaining samples of respiratory secretions for patients with pneumonia, and blood and urine for sepsis). The presence of target microorganisms was performed by polymerase chain reaction (PCR) and culture using selective media. The chi-square and Mann-Whitney tests were used for statistical analysis, and the significance level was 5%. The intraoral clinical conditions of the patients showed poor. E. faecalis was significantly more frequent microorganism, followed by E. faecium. The use of broadspectrum antimicrobial action was associated with the presence of these opportunistic microorganisms. These bacteria were more frequent in patients with periodontitis or gingivitis. The results showed that enterococci associated with serious infectious processes may originate from resident microbiota of patients and its prevalence is not elevated in healthy individuals.

Ocorrência de microrganismos periodontopatogênicos em pacientes com dependência química

Drug addiction won dramatic aspects in terms of its dimensions and the effects that it imposes. These chemical agents are able to reduce the immune reactivity and tissue repair, and enhance microbial aggression, aggravating the destruction of the periodontium and other side effects. This study aimed to evaluate the presence of key periodontal pathogens in the mouth of drug addiction patients, comparing it with individuals who do not exhibit this dependence, as well as assess the influence of oral conditions on the occurrence of such microorganisms. For this purpose, data on systemic health conditions, socioeconomic, patterns of licit or illicit drug consumption of 100 patients with chemical dependency kept in rehabilitation clinics and an equal number of non-dependent patients, who formed the control group were obtained. Intra and extraoral clinical examinations were performed and samples of supragingival and subgingival biofilm, saliva and mucous membranes were collected. The presence of the targeted microorganism was assessed by polymerase chain reaction (PCR). It was found that Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, and Treponema denticola showed close correlation with bone loss and gingival bleeding in drug addiction dependents and control group, but the oral mucous membranes and saliva of addicts showed higher occurrence of these pathogens.

Detecção molecular do rearranjo Line-1 /c-Myc em tumores venéreos transmissíveis caninos espôntaneos

Transmissible venereal tumor (TVT) is a neoplasia that develops naturally in dogs. It can be easily transplanted, which demonstrates its ability to spread from animal to animal. Since the Linr-1/c-MYC rearrangement in TVT cells had not been studied at the Veterinary Hospital of the Veterinary School, Unesp in Botucatu, SP, this study aimed to detect this genetic alteration specific to this kind of tumor by means of the polymerase chain reaction (PCR). Twenty dogs with cytological diagnosis of TVT were used. Samples of neoplastic cells were collected to determine the presence of the Line-1/c-MYC marker. The rearrangement characterized by 340bp amplicons did not vary, in agreement with previous studies using the same methodology. This contributed to a more precise identification of persistent tumor cells in cases in which gross or microscopical detection was not possible.

Modelos de computación lógica con ADN

La computación molecular es una disciplina que se ocupa del diseño e implementación de dispositivos para el procesamiento de información sobre un sustrato biológico, como el ácido desoxirribonucleico (ADN), el ácido ribonucleico (ARN) o las proteínas. Desde que Watson y Crick descubrieron en los años cincuenta la estructura molecular del ADN en forma de doble hélice, se desencadenaron otros descubrimientos como las enzimas que cortan el ADN o la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), contribuyendo más que signi�cativamente a la irrupción de la tecnología del ADN recombinante. Gracias a esta tecnología y al descenso vertiginoso de los precios de secuenciación y síntesis del ADN, la computación biomolecular pudo abandonar su concepción puramente teórica. En 1994, Leonard Adleman logró resolver un problema de computación NP-completo (El Problema del Camino de Hamilton Dirigido) utilizando únicamente moléculas de ADN. La gran capacidad de procesamiento en paralelo ofrecida por las técnicas del ADN recombinante permitió a Adleman ser capaz de resolver dicho problema en tiempo polinómico, aunque a costa de un consumo exponencial de moléculas de ADN. Utilizando algoritmos similares al de �fuerza bruta� utilizado por Adleman se logró resolver otros problemas NP-completos (por ejemplo, el de Satisfacibilidad de Fórmulas Lógicas / SAT). Pronto se comprendió que la computación con biomolecular no podía competir en velocidad ni precisión con los ordenadores de silicio, por lo que su enfoque y objetivos se centraron en la resolución de problemas biológicos con aplicación biomédica, dejando de lado la resolución de problemas clásicos de computación. Desde entonces se han propuesto diversos modelos de dispositivos biomoleculares que, de forma autónoma (sin necesidad de un bio-ingeniero realizando operaciones de laboratorio), son capaces de procesar como entrada un sustrato biológico y proporcionar una salida también en formato biológico: procesadores que aprovechan la extensión de la Polimerasa, autómatas que funcionan con enzimas de restricción o con deoxiribozimas, circuitos de hibridación competitiva. Esta tesis presenta un conjunto de modelos de dispositivos de ácidos nucleicos escalables, sensibles al tiempo y energéticamente e�cientes, capaces de implementar diversas operaciones de computación lógica aprovechando el fenómeno de la hibridación competitiva del ADN. La capacidad implícita de estos dispositivos para aplicar reglas de inferencia como modus ponens, modus tollens, resolución o el silogismo hipotético tiene un gran potencial. Entre otras funciones, permiten representar implicaciones lógicas (o reglas del tipo SI/ENTONCES), como por ejemplo, �si se da el síntoma 1 y el síntoma 2, entonces estamos ante la enfermedad A�, o �si estamos ante la enfermedad B, entonces deben manifestarse los síntomas 2 y 3�. Utilizando estos módulos lógicos como bloques básicos de construcción, se pretende desarrollar sistemas in vitro basados en sensores de ADN, capaces de trabajar de manera conjunta para detectar un conjunto de síntomas de entrada y producir un diagnóstico de salida. La reciente publicación en la revista Science de un autómata biomolecular de diagnóstico, capaz de tratar las células cancerígenas sin afectar a las células sanas, es un buen ejemplo de la relevancia cientí�ca que este tipo de autómatas tienen en la actualidad. Además de las recién mencionadas aplicaciones en el diagnóstico in vitro, los modelos presentados también tienen utilidad en el diseño de biosensores inteligentes y la construcción de bases de datos con registros en formato biomolecular que faciliten el análisis genómico. El estudio sobre el estado de la cuestión en computación biomolecular que se presenta en esta tesis está basado en un artículo recientemente publicado en la revista Current Bioinformatics. Los nuevos dispositivos presentados en la tesis forman parte de una solicitud de patente de la que la UPM es titular, y han sido presentados en congresos internacionales como Unconventional Computation 2010 en Tokio o Synthetic Biology 2010 en París.

Inference Models in DNA Computing

La computación molecular es una disciplina que se ocupa del diseño e implementación de dispositivos para el procesamiento de información sobre un sustrato biológico, como el ácido desoxirribonucleico (ADN), el ácido ribonucleico (ARN) o las proteínas. Desde que Watson y Crick descubrieron en los años cincuenta la estructura molecular del ADN en forma de doble hélice, se desencadenaron otros descubrimientos, como las enzimas de restricción o la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), contribuyendo de manera determinante a la irrupción de la tecnología del ADN recombinante. Gracias a esta tecnología y al descenso vertiginoso de los precios de secuenciación y síntesis del ADN, la computación biomolecular pudo abandonar su concepción puramente teórica. El trabajo presentado por Adleman (1994) logró resolver un problema de computación NP-completo (El Problema del Camino de Hamilton dirigido) utilizando únicamente moléculas de ADN. La gran capacidad de procesamiento en paralelo ofrecida por las técnicas del ADN recombinante permitió a Adleman ser capaz de resolver dicho problema en tiempo polinómico, aunque a costa de un consumo exponencial de moléculas de ADN. Utilizando algoritmos de fuerza bruta similares al utilizado por Adleman se logró resolver otros problemas NP-completos, como por ejemplo el de Satisfacibilidad de Fórmulas Lógicas / SAT (Lipton, 1995). Pronto se comprendió que la computación biomolecular no podía competir en velocidad ni precisión con los ordenadores de silicio, por lo que su enfoque y objetivos se centraron en la resolución de problemas con aplicación biomédica (Simmel, 2007), dejando de lado la resolución de problemas clásicos de computación. Desde entonces se han propuesto diversos modelos de dispositivos biomoleculares que, de forma autónoma (sin necesidad de un bio-ingeniero realizando operaciones de laboratorio), son capaces de procesar como entrada un sustrato biológico y proporcionar una salida también en formato biológico: procesadores que aprovechan la extensión de la polimerasa (Hagiya et al., 1997), autómatas que funcionan con enzimas de restricción (Benenson et al., 2001) o con deoxiribozimas (Stojanovic et al., 2002), o circuitos de hibridación competitiva (Yurke et al., 2000). Esta tesis presenta un conjunto de modelos de dispositivos de ácidos nucleicos capaces de implementar diversas operaciones de computación lógica aprovechando técnicas de computación biomolecular (hibridación competitiva del ADN y reacciones enzimáticas) con aplicaciones en diagnóstico genético. El primer conjunto de modelos, presentados en el Capítulo 5 y publicados en Sainz de Murieta and Rodríguez-Patón (2012b), Rodríguez-Patón et al. (2010a) y Sainz de Murieta and Rodríguez-Patón (2010), define un tipo de biosensor que usa hebras simples de ADN para codificar reglas sencillas, como por ejemplo "SI hebra-ADN-1 Y hebra-ADN-2 presentes, ENTONCES enfermedad-B". Estas reglas interactúan con señales de entrada (ADN o ARN de cualquier tipo) para producir una señal de salida (también en forma de ácido nucleico). Dicha señal de salida representa un diagnóstico, que puede medirse mediante partículas fluorescentes técnicas FRET) o incluso ser un tratamiento administrado en respuesta a un conjunto de síntomas. El modelo presentado en el Capítulo 5, publicado en Rodríguez-Patón et al. (2011), es capaz de ejecutar cadenas de resolución sobre fórmulas lógicas en forma normal conjuntiva. Cada cláusula de una fórmula se codifica en una molécula de ADN. Cada proposición p se codifica asignándole una hebra simple de ADN, y la correspondiente hebra complementaria a la proposición ¬p. Las cláusulas se codifican incluyendo distintas proposiciones en la misma hebra de ADN. El modelo permite ejecutar programas lógicos de cláusulas Horn aplicando múltiples iteraciones de resolución en cascada, con el fin de implementar la función de un nanodispositivo autónomo programable. Esta técnica también puede emplearse para resolver SAP sin ayuda externa. El modelo presentado en el Capítulo 6 se ha publicado en publicado en Sainz de Murieta and Rodríguez-Patón (2012c), y el modelo presentado en el Capítulo 7 se ha publicado en (Sainz de Murieta and Rodríguez-Patón, 2013c). Aunque explotan métodos de computación biomolecular diferentes (hibridación competitiva de ADN en el Capítulo 6 frente a reacciones enzimáticas en el 7), ambos modelos son capaces de realizar inferencia Bayesiana. Funcionan tomando hebras simples de ADN como entrada, representando la presencia o la ausencia de un indicador molecular concreto (una evidencia). La probabilidad a priori de una enfermedad, así como la probabilidad condicionada de una señal (o síntoma) dada la enfermedad representan la base de conocimiento, y se codifican combinando distintas moléculas de ADN y sus concentraciones relativas. Cuando las moléculas de entrada interaccionan con las de la base de conocimiento, se liberan dos clases de hebras de ADN, cuya proporción relativa representa la aplicación del teorema de Bayes: la probabilidad condicionada de la enfermedad dada la señal (o síntoma). Todos estos dispositivos pueden verse como elementos básicos que, combinados modularmente, permiten la implementación de sistemas in vitro a partir de sensores de ADN, capaces de percibir y procesar señales biológicas. Este tipo de autómatas tienen en la actualidad una gran potencial, además de una gran repercusión científica. Un perfecto ejemplo fue la publicación de (Xie et al., 2011) en Science, presentando un autómata biomolecular de diagnóstico capaz de activar selectivamente el proceso de apoptosis en células cancerígenas sin afectar a células sanas.

Porphyromonas gingivalis Fim-A genotype distribution among Colombians

Introduction: Porphyromonas gingivalis is associated with periodontitis and exhibit a wide array of virulence factors, including fimbriae which is encoded by the FimA gene representing six known genotypes. Objetive: To identify FimA genotypes of P. gingivalis in subjects from Cali-Colombia, including the co-infection with Aggregatibacter actinomycetemcomitans , Treponema denticola , and Tannerella forsythia . Methods: Subgingival samples were collected from 151 people exhibiting diverse periodontal condition. The occurrence of P. gingivalis, FimA genotypes and other bacteria was determined by PCR. Results: Porphyromonas gingivalis was positive in 85 patients. Genotype FimA II was more prevalent without reach significant differences among study groups (54.3%), FimA IV was also prevalent in gingivitis (13.0%). A high correlation (p= 0.000) was found among P. gingivalis, T. denticola, and T. forsythia co-infection. The FimA II genotype correlated with concomitant detection of T. denticola and T. forsythia. Conclusions: Porphyromonas gingivalis was high even in the healthy group at the study population. A trend toward a greater frequency of FimA II genotype in patients with moderate and severe periodontitis was determined. The FimA II genotype was also associated with increased pocket depth, greater loss of attachment level, and patients co-infected with T. denticola and T. forsythia.