Métodos estadístico-computacionales para la caracterización de patrones de expresión de proteínas en 2D-DIGE

El volumen de datos provenientes de experimentos basados en genómica y poteómica es grande y de estructura compleja. Solo a través de un análisis bioinformático/bioestadístico eficiente es posible identificar y caracterizar perfiles de expresión de genes y proteínas que se expresan en forma diferencial bajo distintas condiciones experimentales (CE). El objetivo principal es extender las capacidades computacionales y analíticos de los softwares disponibles de análisis de este tipo de datos, en especial para aquellos aplicables a datos de electroforésis bidimensional diferencial (2D-DIGE). En DIGE el método estadístico más usado es la prueba t de Student cuya aplicación presupone una única fuente de variación y el cumplimiento de ciertos supuestos distribucionales de los datos (como independencia y homogeneidad de varianzas), los cuales no siempre se cumplen en la práctica, pudiendo conllevar a errores en las estimaciones e inferencias de los efectos de interés. Los modelos Generalizados lineales mixtos (GLMM) permiten no solo incorporar los efectos que, se asume, afectan la variación de la respuesta sino que también modelan estructuras de covarianzas y de correlaciones más afines a las que se presentan en la realidad, liberando del supuesto de independencia y de normalidad. Estos modelos, más complejos en esencia, simplificará el análisis debido a la modelización directa de los datos crudos sin la aplicación de transformaciones para lograr distribuciones más simétricas. Produciendo también a una estimación estadísticamente más eficiente de los efectos presentes y por tanto a una detección más certera de los genes/ proteínas involucrados en procesos biológicos de interés. La característica relevante de esta tecnología es que no se conoce a priori cuáles son las proteínas presentes. Estas son identificadas mediante otras técnicas más costosas una vez que se detectó un conjunto de manchas diferenciales sobre los geles 2DE. Por ende disminuir los falsos positivos es fundamental en la identificación de tales manchas ya que inducen a resultados erróneas y asociaciones biológica ficticias. Esto no solo se logrará mediante el desarrollo de técnicas de normalización que incorporen explícitamente las CE, sino también con el desarrollo de métodos que permitan salirse del supuesto de gaussianidad y evaluar otros supuestos distribucionales más adecuados para este tipo de datos. También, se desarrollarán técnicas de aprendizaje automática que mediante optimización de funciones de costo específicas nos permitan identificar el subconjunto de proteínas con mayor potencialidad diagnóstica. Este proyecto tiene una alta componente estadístico/bioinformática, pero creemos que es el campo de aplicación, es decir la genómica y la proteómica, los que mas se beneficiarán con los resultados esperados. Para tal fin se utilizarán diversas bases de datos de distintos experimentos provistos por distintos centros de investigación nacionales e internacionales

Estudios de proteínas y glicoconjugados en diferentes estados patológicos: Procesos demielinizantes y diarreas provocadas por bacterias toxigénicas

1) Estudios bioquímicos, inmunológicos e histológicos en encefalomielitis alérgica experimental (EAE): comprende el análisis de las diferentes alteraciones que ocurren en SNC durante el desarrollo de esta patología experimental. Se tratará de acotar los diferentes procesos que participan en la inducción activa de la enfermedad por inyección de antígenos de mielina, pasiva por sensibilización con diferentes poblaciones linfocitarias provenientes de animales enfermos, posterior recuperación o supresión de las diferentes alteraciones neuropatológicas por inducción de procesos de tolerancia inmunológica con antígenos mielínicos o sinaptosomales. Teniendo en cuenta la reacción inmunológica cruzada previamente descripta entre la proteína básica de mielina y sinapsina, se continuará con la caracterización de las poblaciones de linfocitos T que reconocen ambas proteínas por ensayos in vitro e in vivo. 2) Mecanismos de acción de enterotoxinas bacterianas: se estudia la posible participación de glicoconjugados (glicolípidos, mucinas y glicoproteínas de membrana) con actividad de grupo sanguíneo ABO (H) en relación al mecanismo de acción de algunas enterotoxinas bacterianas como toxina colérica y toxinas lábiles al calor producidas por E. coli aisladas de cepas que colonizan intestino humano (LTh) o porcino (LTp). Los objetivos específicos son extender nuestros estudios previos al intestino humano porque estas patologías afectan al hombre y además las estructuras químicas de los glicoconjugados en estudio son más variadas y están mejor dilucidades que en las especies animales anteriormente estudiadas (cerdo, conejo). Además, se planea realizar ensayos in vitro mediante la técnica de segmentos ligados de intestino de conejo con el objeto de estudiar si los glicolópidos y glicoproteínas de membrana con actividad de grupo sanguíneo ABH se comportan como receptores funcionales de alguna de las toxinas.

Estudio de las tecnologías asociadas al uso de combustibles en el sector transporte

Uno de los fenómenos que ha caracterizado el siglo XX ha sido el crecimiento desmesurado de las ciudades, en cantidad de habitantes y en extensión. La correspondiente incidencia en la motorización, sobre todo en las áreas urbanas, tornan muy importante el estudio de los impactos ambientales asociados al uso de combustibles en el sector transporte. Resulta imprescindible para estos fines el análisis de las alternativas tecnológicas disponibles en la actualidad y la posibilidad de utilización de nuevas tecnologías que logran disminuir la polución ambiental. El proyecto abarcará el estudio de las distintas tecnologías asociadas al uso de combustibles, la evolución del consumo y precios de los distintos combustibles. También se realizará un análisis del impacto ambiental para concluir con la aplicación a un caso hipotético específico del transporte público de pasajeros a desarrollarse en la Ciudad de Córdoba, proponiendo políticas y evaluando los impactos sociales de la aplicación de las mismas. Objetivos generales: * Evaluar la posibilidad de implementación de políticas de transporte público relacionadas a la tipología de vehículos utilizados en el servicio de transporte urbano de pasajeros. * Proponer alternativas viables en el corto y mediano plazo con el fin de disminuir el impacto sobre el ambiente en la Ciudad de Córdoba. Objetivos específicos: * Estudio pormenorizado del crecimiento del sector automotriz en los últimos años haciendo hincapié en los vehículos de transporte masivo y según el tipo de combustibles utilizados para la propulsión. * Estudio de la incidencia impositiva de los distintos impuestos que gravan el consumo de combustibles. * Análisis de los distintos contaminantes del medio asociados a cada tipología. * Evaluación social de la aplicación determinadas tecnologías en el transporte urbano de pasajeros conjuntamente con el planteo de planes de acción a seguir.

Caracterización de virosis asociadas al girasol y sus efectos sobre parámetros fisiológicos y agronómicos

La República Argentina es uno de los principales países exportadores de girasol, no obstante su producción se ha visto afectada por problemas sanitarios, siendo este factor determinante en la competencia por los mercados. Relevamientos detallados permitieron el aislamiento de tres tipos de síntomas relacionados a agentes virales: moteado clorótico severo, mosaico suave y anillos cloróticos. El virus que causa el moteado clorótico en el girasol es un potyvirus que ha sido parcialmente caracterizado y pruebas serológicas indican que el mismo y el virus del mosaico suave no están relacionados. Porcentajes de los síntomas mencionados varían entre un 0.6 % y un 1.9 %, lo cual implicaría pérdidas potenciales varias veces millonarias. La adecuada identificación de estos patógenos es el paso previo para la elaboración de estrategias de control y para esto se proponen los siguientes objetivos: - Caracterizar biológicamente al virus del mosaico suave del girasol. - Purificar y caracterizar las partículas de este virus. - Producir reactivos de diagnóstico. - Caracterizar molecularmente al virus del moteado clorótico severo y del mosaico suave del girasol. - Determinar las alteraciones de parámetros fisiológicos y caracteres agronómicos. (...) Estos estudios básicos de caracterización son esenciales para determinar la variabilidad del/los virus y por ende importantes para la futura búsqueda de tolerancia o resistencia en los genotipos de girasol cultivados en el país.

Interaccion de proteínas en estados intermediarios de plegamiento con membranas lipídicas

Comprender cómo una proteína adquiere su conformación tridimensional específica es un problema clave para la biología celular y molecular. Es un entretenido desafío intelectual y un problema de considerable importancia tecnológica debido al interés de expresar proteínas recombinantes biológicamente activas. Un fuerte incentivo es poder describir cómo ocurre el plegamiento en el medio celular, acoplado a la biosíntesis de la proteína y probablemente codificado por la secuencia primaria. La mayor parte de la información que disponemos, sin embargo, proviene de estudios estructurales, cinéticos, bioquímicos y termodinámicos in vitro de proteínas maduras. Particularmente importante pata la comprensión del problema del plegamiento ha sido la descripción de las rutas seguidas y de los estados intermedios de este proceso. Uno de estos estados intermedios es el glóbulo fundido: es un estado conformacional en el cual la proteína conserva su estructura terciaria. La proteína se encuentra parcialmente desplegada pero su grado de compactación es similar al del estado nativo. Aunque solo algunas proteínas pueden ser asimiladas en esa conformación, es aceptado que el glóbulo fundido es intermedio cinético entre la estructura nativa y la desplegada existencia universal. El estudio de proteínas en el estado de glóbulo fundido no sólo es relevante para comprender los procesos de plegamiento, sino también la inserción y translocación de proteínas solubles e intrínsecas en membranas lipídicas. (...) El objetivo general de este proyecto es estudiar las interacciones de proteínas en estados conformacionales intermedios con membranas lipídicas. El propósito es contribuir al conocimiento de los mecanismos por los cuales una proteína soluble puede, en ciertas circunstancias, penetrar y atravesar una membrana lipídica y estudiar de que manera el ambiente lipídico participa en el procesos de plegamiento de una proteína de membrana. Como modelo experimental se utilizará inicialmente a-lactoalbúmina, cuyo intermediario de plegamiento estable es el más estudiado y con la cual este grupo de trabajo posee experiencia. Se explorará también la posibilidad de utilizar otras proteínas, como anhidrasa carbónica, cuyos intermediarios de plegamiento pueden ser aislados. Se estudiarán particularmente los siguientes aspectos: 1. Estabilidad del intermediario en membrana 2. Estructura de intermediarios en membranas lipídicas. (...)

Rol de motores moleculares y tráfico vesicular en el establecimiento de la polaridad neuronal. Molecular motors and vesicle trafficking role in neuronal polarity establishment.

En los últimos años se ha establecido que un gran número de enfermedades neurodegenerativas están asociadas a defectos en el transporte vesicular, particularmente aquel mediado por motores moleculares y proteínas quinasas, estando directamente relacionado al establecimiento y mantenimiento de la polaridad neuronal.El estudio de los mecanismos moleculares que regulan la formación y diferenciación de dendritas, especialmente a nivel del tráfico de organelas túbulo-vesiculares, nos permitirá entender el papel de los motores moleculares retrógrados y de las proteínas quinasas en el establecimiento de la polaridad neuronal, evento crucial para el mantenimiento y función del sistema nervioso.Para ello contamos con las herramientas necesarias para el estudio del transporte de proteínas a nivel molecular y celular, como cDNAs para expresar varias proteínas de estudio, siRNAs para bloquear la expresión de proteínas específicas, dominantes negativos y constitutivamente activos de algunos de los componentes a analizar, así como anticuerpos que nos permitan monitorear su localización celular, para lo cual contamos con equipos de microscopía de última generación.Es de esperar que se obtengan resultados que confirmen el papel específico de motores retrógrados, como dineína, y quinasas de las familias C y D, en el transporte de proteínas de membrana al compartimiento somato-dendrítico, demostrando su importancia en el establecimiento de la polaridad neuronal. Entender el desarrollo y el mantenimiento de esta polaridad axón-dendrita es de vital importancia, tanto para incrementar el conocimiento del funcionamiento y la biología del sistema nervioso, como para comprender aquellos mecanismos que se desarrollan en ciertas enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas.

Importancia del Ca2+ en la fisiología espermática: modulación de su actividad por progesterona y proteínas del plasma seminal. Importance of calcium in sperm physiology: its regulation by progesterone and proteins from the seminal plasma.

El objetivo general del proyecto es estudiar el efecto de la progesterona y de algunas proteínas del plasma seminal sobre la actividad del Ca2+ en diferentes procesos fisiológicos que ocurren en el espermatozoide, los cuales están estrechamente relacionados con la capacidad fertilizante de esta célula. La progesterona, principal esteroide secretado por las células del cumulus oophorus, ejerce su efecto a través de un receptor no-genómico provocando aumento en el calcio intracelular de los espermatozoides y, consecuentemente, promoviendo la capacitación, la respuesta quimiotáctica y la exocitosis acrosomal. Pese a estas observaciones, los mecanismos a través de los cuales la progesterona estimula fenómenos tan diversos en el espermatozoide son aún desconocidos. Tampoco se conoce con exactitud el papel funcional y los mecanismos de acción de algunas proteínas del plasma seminal que interaccionan y se unen a los espermatozoides, con alta especificidad, durante la eyaculación. Por lo tanto, resulta altamente interesante profundizar los estudios sobre las propiedades funcionales de las proteínas caltrin (calcium transport inhibitor) y ß-microseminoprotein (MSP) del plasma seminal de mamíferos, las cuales responden a las características mencionadas. Los estudios hasta ahora realizados han dado cuenta de que caltrin inhibe la incorporación de Ca2+ extracelular, previene la exocitosis acrosomal espontánea y promueve la unión espermatozoide-zona pelúcida. También hay datos preliminares que sugieren un efecto inhibitorio sobre la movilidad hiperactivada de los espermatozoides. Respecto a MSP, sólo se sabe que inhibe la exocitosis acrosomal espontánea y que su contenido, en el plasma seminal, guarda una relación inversa con la fertilidad. Por todo lo expuesto, se propone estudiar los mecanismos de acción de la progesterona y las proteínas caltrin y MSP sobre los procesos fisiológicos antes indicados. Para ello, se estudiarán las variaciones de Ca2+ intracelular en espermatozoides individuales sometidos a diferentes tratamientos (gradientes de progesterona, capacitación en presencia y ausencia de caltrin y/o MSP, etc.), usando video microscopía de fluorescencia y análisis computarizado de imágenes. También se examinará la influencia de estas moléculas sobre la interacción de gametas y la fertilización.

Efecto de la incorporación de proteínas de origen vegetal sobre sistemas alimenticios basados en almidón. Effect of vegetal protein addition to gelled-starch food.

La soja y el maní son cultivos de gran importancia en la provincia de Córdoba y en la Argentina. La utilización de proteínas vegetales se ha incrementado notablemente debido a su alto valor nutricional y a sus atributos funcionales deseables. Las harinas de soja y de maní, subproductos de la extracción de aceite, presentan un alto contenido de proteínas vegetales de excelente calidad nutricional, de bajo precio y con escaso nivel de aprovechamiento en la industria alimenticia. Los concentrados de proteínas de soja son poco utilizados en la elaboración de alimentos, además el desarrollo de concentrados de proteínas de maní puede proveer a la industria de un nuevo ingrediente con alto contenido de proteínas para la formulación y fortificación de alimentos tradicionales. Los postres listos para consumir disponibles en el mercado, están formados por mezclas de almidón gelificado y derivados lácteos, sobre los que se agregan diversos aditivos alimentarios (como sacarosa, aromatizantes, espesantes, etc.). La incorporación de proteínas vegetales puede ser una eficaz forma de incrementar el nivel de proteínas y, en consecuencia, el valor nutricional de estos productos. Además de ser una alternativa a los alimentos elaborados con proteínas animales. Pese a que Córdoba es un gran productor de soja y maní, sus derivados no son empleados actualmente como ingredientes en este tipo de alimentos.El objetivo general de este proyecto es estudiar el efecto de la incorporación de proteínas de origen vegetal sobre las propiedades físico-químicas y funcionales de sistemas alimenticios basados en almidón gelatinizado, prestando fundamental atención a las interacciones que se establecen entre las diferentes moléculas. Se planifica obtener concentrados de proteínas a partir de harina desgrasada de soja y de maní y estudiar su composición y sus propiedades funcionales. Se elaborarán mezclas de los concentrados con almidones de maíz, mandioca y trigo. Se estudiará el comportamiento termo-mecánico de las mezclas y la calidad de los geles mediante la cantidad de agua liberada, el perfil reológico y el color. También se realizarán análisis sensoriales para la selección de los parámetros de calidad de los geles y se estudiarán la digestibilidad de las proteínas y del almidón. Al mismo tiempo se estudiarán las interacciones químicas y físicas entre los distintos componentes. Los resultados servirán para generar y difundir conocimientos sobre la relación entre las interacciones y la calidad de los productos, lo que facilitará la optimización de formulaciones y procesos.

Regulación transcripcional y relación entre estructura y función de proteínas relacionadas con el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa. Transcriptional regulation and relationship between structure and function of proteins related with the choline metabolism in Pseudomonas aeruginosa.

El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos de acción a nivel molecular de enzimas y proteínas involucradas en el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa, con énfasis en la identificación de residuos aminoacídicos críticos y regulación de la expresión de los genes en estudio. Los objetivos específicos que se palntean involucran abordajes bioquímicos y moleculares y serán llevados a cabo mediante técnicas de biología molecular y bioquímica (mutación sitio-dirigida, deleción génica, expresión y purificación de proteínas, fusión transcripcional a genes reporteros, etc). Planteo de hipótesis: las proteínas que se inducen por colina (fosforilcolina fosfatasa (PchP), fosfolipasa C (PlcH), acetilcolinestera (AchE), proteínas periplásmicas unidoras de colina (PUch) podrían compartir: a) una organización génica y responder a la regulación por proteínas regulatorias o a factores ambientales de manera similar; b) residuos aminoacídicos conservados que intervengan en la unión o interacción con diferentes ligandos, principalmente, colina. Para ello, se plantean los siguientes Objetivos Específicos: 1) identificar las zonas promotoras de los genes que codifican para PchP, PlcH, AchE y PUch, a fin de localizar posibles sitios de unión a proteínas reguladoras y los factores ambientales que afectan la actividad promotora. 2) determinar en las proteínas mencionadas los residuos aminoacídicos de importancia involucrados en la catálisis y en la interacción con ligandos, principalmente en la unión a compuestos de alquilamonio; 3) Se iniciarán estudios que demuestren la relación entre la inducción por colina de varios factores de patogenicidad la virulencia del microorganismo, empleando mutantes simples o múltiples en estos factores y como modelo de patogenicidad el nematodo C. elegans. A partir de los resultados obtenidos se pretende tener un conocimiento profundo sobre la regulación molecular y bioquímica de varias enzimas comprometidas en la patología que produce P. aeruginosa. Esto más el conocimiento de la fisiología de este microorganismo abre el camino para la búsqueda de posibles blancos de acción de drogas. Por otro lado, se espera tener un conocimiento integral sobre la regulación de la expresión de las actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de colina y la respuesta de P. aeruginosa ante la presencia de compuestos de alquilamonio utilizados como nutrientes. Se espera conocer el papel que desempeña cada uno de los sitios de unión a los diferentes ligandos para el funcionamiento y control de las enzimas mencionadas y explicar el comportamiento diferencial de las enzimas frente a distintos sustratos y otros ligandos. El conocimiento de los sitios de unión a compuestos de alquilamonio permitirá encontrar esos dominios en diferentes proteínas del género Pseudomonas y otras bacterias Gram negativas. Desde el punto de vista evolutivo, se podrá comparar la similitud de los sitios de unión a colina entre proteínas de organismos eucariotas con procariotas (ej. PUch de bacterias Gram positivas, transportadores de colina, proteína C reactiva, AchE de eucariotas contra las encontradas en bacterias del género Pseudomonas, fosfolipasas A, C o D, etc.). Este proyecto permitirá concretar al menos dos tesis doctorales (Sanchez, Otero) más varios trabajos finales de grado (tesinas) que son y serán realizados por alumnos de la carrera de Microbiología en la UNRC. Les permitirá a los doctorandos y a los alumnos de grado adquirir una formación bastante integral ya que utilizarán herramientas de la fisiología general bacteriana, de la bioquímica clásica, de la biología molecular y de la bioinformática.

Neuropatías asociadas a anticuerpos anti-GM1. Anti-GM1 antibodies associated neuropathies.

Durante varios años estudiamos los anticuerpos presentes en pacientes con neuropatías e individuos normales. Recientemente hemos implementado un modelo animal de neuropatía inducido por inmunización con GM1, y nos proponemos confirmar en este modelo las observaciones realizadas en pacientes. Se caracterizará la respuesta inmune humoral durante la inducción de la enfermedad, y la posible existencia de un mecanismo regulatorio mediado por anticuerpos bloqueantes de anticuerpos anti-GM1. Además, el modelo nos permitirá ensayar diferentes estrategias terapéutica tales como plasmaféresis específica, bloqueo de anticuerpos por antígenos solubles e inducción de anticuerpos bloqueantes.

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.