Molecular computations for reactions and phase transitions: applications to protein stabilization, hydrates and catalysis

In this work we have made significant contributions in three different areas of interest: therapeutic protein stabilization, thermodynamics of natural gas clathrate-hydrates, and zeolite catalysis. In all three fields, using our various computational techniques, we have been able to elucidate phenomena that are difficult or impossible to explain experimentally. More specifically, in mixed solvent systems for proteins we developed a statistical-mechanical method to model the thermodynamic effects of additives in molecular-level detail. It was the first method demonstrated to have truly predictive (no adjustable parameters) capability for real protein systems. We also describe a novel mechanism that slows protein association reactions, called the “gap effect.” We developed a comprehensive picture of methioine oxidation by hydrogen peroxide that allows for accurate prediction of protein oxidation and provides a rationale for developing strategies to control oxidation. The method of solvent accessible area (SAA) was shown not to correlate well with oxidation rates. A new property, averaged two-shell water coordination number (2SWCN) was identified and shown to correlate well with oxidation rates. Reference parameters for the van der Waals Platteeuw model of clathrate-hydrates were found for structure I and structure II. These reference parameters are independent of the potential form (unlike the commonly used parameters) and have been validated by calculating phase behavior and structural transitions for mixed hydrate systems. These calculations are validated with experimental data for both structures and for systems that undergo transitions from one structure to another. This is the first method of calculating hydrate thermodynamics to demonstrate predictive capability for phase equilibria, structural changes, and occupancy in pure and mixed hydrate systems. We have computed a new mechanism for the methanol coupling reaction to form ethanol and water in the zeolite chabazite. The mechanism at 400°C proceeds via stable intermediates of water, methane, and protonated formaldehyde.

Tratamiento de la ulcera venosa con escleroespuma versus manejo conservador

La úlcera venosa es una revelación clínica severa de la insuficiencia venosa crónica. Es la causa del 54-76% de las úlceras venosas de miembros inferiores. La ciencia médica ha generado diversos procedimientos en el manejo de esta patología, es así como a partir de conocimientos en fisiopatología de la ulceración venosa, se han aplicado procedimientos como opción de tratamiento. Objetivos: Valorar si el uso de rutina de la oclusión endoluminal con espuma guiada por ecografía del sistema venoso superficial insuficiente, en adicción al manejo convencional de la ulcera venosa (vendaje no compresivo, gasa vaselinada y curaciones) podría mejorar la tasa de curación a las 24 semanas de tratamiento. Diseño: Estudio clínico aleatorizado prospectivo de pacientes de la consulta externa de cirugía vascular del Hospital Occidente de Kennedy-Bogotá, durante el 01 de junio del 2011 hasta el 30 junio del 2012. Métodos: Un total de 44 pacientes con ulcera activa que cumplieron criterios de selección ingresaron al estudio, correspondientes a 48 extremidades con clasificación CEAP (C6), los pacientes fueron a aleatorizados a manejo convencional (control) o con manejo adicional de oclusión endoluminal con espuma eco-guiada. El objetivo principal fue el cierre de la ulcera a las 24 semanas. Resultados: La Curación de la ulcera a las 24 semanas de la aleatorización fue de 20 (83.3%) extremidades del grupo de oclusión endoluminal con espuma eco-guiada Vs 3(12.5%) para el grupo de control P: 0.0005 Discusión: Las tasas de curación de la ulcera luego de la oclusión endoluminal con espuma eco-guiada es muy superior al manejo convencional con curaciones y vendaje no compresivo, las tasa de curación son tan altas como las reportadas con sistemas de alta compresión y cirugía a las 24 semanas. La oclusión endoluminal eco-guiada es segura, mínimamente invasiva y clínicamente efectiva.

El manejo del comportamiento del consumidor como variable clave para la perdurabilidad de mypimes del sector confección de Bogotá

A través de la documentación realizada acerca del Sector Confecciones y la investigación por medio del acercamiento a sus micro, pequeñas y medianas empresas (MIPYMES), hemos querido profundizar acerca de su rol dentro de la economía Colombiana, analizando la realidad empresarial de lo que ha sido el sector en los últimos años y ¿cómo estas empresas han implementado estrategias relacionadas con el comportamiento del consumidor? o ¿cómo han jugado al azar para perdurar dentro del mercado?

Niveles de hemoglobina en los que se indica transfundir en el Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá

Introducción: En los pacientes críticamente enfermos la terapia transfusional es una práctica común. Dentro de los estudios realizados no se han incluido a las ciudades a mayor altura. Este estudio pretende determinar los niveles de hemoglobina sobre los cuales se está transfundiendo a los pacientes en la unidad de cuidados intensivos del Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá a 2600 metros sobre el nivel del mar, para determinar si los niveles de hemoglobina a los que se transfunde a nuestra altura son los óptimos. Métodos: Se realizó un estudio descriptivo retrospectivo, de los pacientes que fueron hospitalizados en la Unidad de Cuidado Intensivo del Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá a partir del 01 de Junio de 2011 y hasta el 31 de Mayo de 2012. Resultados: Del total de los registros analizados el 13,8% de los pacientes presentaron una hemoglobina ≤ 7 y todos fueron transfundidos con glóbulos rojos; y en el rango de 7,1-9 se presentó el mayor porcentaje de transfusión. Se observó que los pacientes con hemoglobina ≤ 7 tienen 18,8 veces mayor riego de fallecimiento, lo que fue estadísticamente significativo (p:0,000). Conclusiones: Encontramos que la terapia transfusional en la unidad de cuidado intensivo, se realiza de acuerdo a recomendaciones dadas por las guías de manejo universalmente aceptadas. Dentro de los resultados de nuestro estudio podemos resaltar una tasa de mortalidad más alta en los pacientes en los cuales se instaura terapia transfusional con un nivel de hemoglobina por debajo de 7g/dl.

Aplicació de mètodes genètics en l'avaluació de la gestió per a la conservació de poblacions de truita comuna, Salmo trutta

Durant anys, el principal mètode de gestió de les poblacions de truita comuna (Salmo trutta L.) ha estat la repoblació amb exemplars exògens. El seguiment genètic de les poblacions de truita comuna dels Pirineus orientals, realitzat en aquest tesi, indica que els al.lels procedents d'aquestes repoblacions estan conduint a una homogeneització de les poblacions naturals i a la pèrdua de la seva història evolutiva. D'aquí la importància de la detecció de la introgressió en el desenvolupament de noves estratègies de gestió i conservació de les poblacions d'aquesta espècie. En aquest treball, s'ha avaluat l'eficàcia de diferents marcadors i mètodes que ens ofereix la genètica de poblacions en la detecció de la introgressió present a les poblacions naturals. Alhora que s'ha analizat la influència que han tingut les reserves genètiques, aplicades amb posterioritat a les repoblacions, i que intenten equilibrar l'explotació i la conservació dels recursos genètics de les poblacions natives.

Diversitat genètica de la truita comuna (Salmo trutta L.) a la Península Ibèrica: biogeografia i gestió

L'estudi de la diversitat i la diferenciació genètiques de les poblacions de truita comuna (Salmo trutta L.) a la Península Ibèrica ha confirmat l'elevada diferenciació observada en treballs previs i la divergència, ja descrita, entre les poblacions de la vessant atlàntica i la mediterrània. El resultats obtinguts, però, ens permeten observar patrons d'estructura poblacional tant en les poblacions atlàntiques com les mediterrànies. A l'Atlàntic s'observa un marcat patró hidrogràfic en la distribució de la diferenciació genètica, que contrasta fortament amb la distribució d'aquesta diferenciació en les poblacions mediterrànies, caracteritzades pels contactes secundaris entre llinatges durant les expansions pleniglacials i una forta divergència local conseqüència de la seva marginalitat i aïllament en els períodes interglacials. El manteniment d'aquesta diferenciació i individualitat descrites en les poblacions de truita de la Península, es veu seriosament compromès per les contínues repoblacions dels rius amb exemplars exògens d'origen nord europeu. La substitució dels genomes autòctons per la introducció de gens al.lòctons provoca una erosió dels patrimonis genètics natius i una homogeneïtzació de les poblacions, destruint els patrons de diferenciació existents. Al mateix temps, els nostres resultats indiquen que les conseqüències de les repoblacions no són sempre les mateixes. Concretament, es constata un fracàs de les repoblacions en rius intensament repoblats i sotmesos a pesca intensiva, que contrasta amb una enorme erosió de les poblacions quan les repoblacions s'efectuen sobre àrees protegides i sense cap mena de pressió pesquera. Això suggereix que múltiples factors com la gestió dels rius posterior a les repoblacions, l'estat de les poblacions o les condicions de l'hàbitat són determinants de la introducció efectiva dels exemplars alliberats; fet que dificulta la predicció sobre actuacions particulars. Malgrat aquesta introgressió de gens exògens que es detecta en moltes de les poblacions analitzades, els gens natius predominen en gairebé tots els rius de la Península. La conservació d'aquesta elevada riquesa genètica que encara resta en les poblacions de truita de la Península Ibèrica ha de ser l'objectiu final de qualsevol programa de gestió. Per això, defensem una gestió basada en el propi riu mitjançant una pesca sostinguda per la reproducció natural de les poblacions salvatges, acompanyada d'una millora i recuperació d'hàbitats adequats per la truita, i evitant, per sobre de tot, la introducció en els rius d'exemplars exògens, degut als efectes nocius i incontrolables que comporta aquest procés.

Estudio de las variaciones espaciales y temporales de la diversidad genética de la trucha común, Salmo trutta, en ríos de la Península Ibérica

Se ha analizado las causas de la distribución espacial de la variabilidad genética del ADN mitocondrial en poblaciones de trucha común de la cuenca del Duero y de los Pirineos Orientales. En total se han analizado de novo 49 localidades, 13 en la cuenca del río Duero y 36 en los principales ríos del Pirineo oriental. Además se analizaron las fluctuaciones temporales en 14 de las localidades del Pirineo Oriental. Estudios previos indican un marcado contraste de los patrones de diversidad entre ambos territorios. En la cuenca del río Duero los análisis confirmaron la presencia de los dos linajes matriarcales descritos previamente, el linaje Atlántico (AT) y el linaje Duero (DU). Los análisis de la varianza molecular (AMOVA) siguiendo una jerarquía hidrográfica sugirieron una alta estructuración de las poblaciones coincidente con los patrones ictiológicos observados en la cuenca. El linaje DU parece haber estado presente permanentemente en la cuenca interior del Duero, mientras que las zonas más próximas a la desembocadura han padecido diversas colonizaciones de trucha del linaje AT, que reflejarían los cambios climáticos ocurridos en el Cuaternario. Se ha detectado una discrepancia en el límite entre ambos grupos definidos por genes nucleares (alozimas) y el ADN mitocondrial. Estas discrepancias pueden ser debidas a un efecto más severo de la deriva genética en el ADN mitocondrial que en los marcadores nucleares. Sin embargo, en este trabajo se han observado evidencias a favor de selección en el ADN mitocondrial del linaje DU que también explicaría estas discrepancias. El análisis más exhaustivo en las cuencas de los Pirineos orientales, permitió detectar nuevos haplotipos mitocondriales de los linajes Adriático (AD) y Mediterráneo (ME). En esta región, los AMOVAs confirmaron que las diferencias entre poblaciones dentro de río son más importantes que las diferencias entre ríos. No obstante se observó un patrón de aislamiento por distancia en toda la zona, reflejo de la estructuración de las poblaciones en la cuenca del río Ebro. Además, aunque los AMOVAs mostraron que el componente temporal de la variación es inferior al espacial, las fluctuaciones temporales en la comparación matriarcal de las poblaciones resultaron estadísticamente significativas. Estas fluctuaciones están asociadas tanto a la deriva genética como a procesos de flujo génico entre poblaciones próximas. Dentro de las cuencas, los componentes de diferenciación entre afluentes son, en general, superiores a los obtenidos dentro de cada afluente, patrón que parece estar extendido en la trucha común. Los estudios a escala microgeográfica en la Noguera Vallferrera y Noguera Cardós (afluentes del Noguera Pallaresa) reprodujeron este patrón de diferenciación. Los tamaños efectivos y la tasa de migración entre ambos ríos fueron similares a los descritos en poblaciones noratlánticas. Los tamaños efectivos de las hembras (Nef), calculados a partir del ADN mitocondrial fueron menos de la mitad del tamaño efectivo total tanto en la Noguera Vallferrera como en el resto de localidades pirenaicas estudiadas. Estos bajos tamaños efectivos de las hembras serían también responsables de las fluctuaciones temporales observadas. Los ejemplares repoblados parecen hibridar poco con los nativos, pero su presencia podría intensificar indirectamente los procesos de deriva genética y complicar la conservación de los patrimonios genéticos nativos. Con la salvedad de la existencia de selección que favorece a los haplotipos del linaje DU, los procesos poblacionales que regulan la distribución de la variabilidad genética en la cuenca del Duero y en los Pirineos Orientales podrían ser parecidos y caracterizados por la existencia de múltiples demes interconectados a lo largo del curso fluvial.

Filogeografia de la truita comuna (Salmo trutta) basada en la diversitat molecular del DNA mitocondrial

Les anàlisis realitzades en cent deu poblacions de truita comuna (Salmo trutta) que abarquen el seu rang natural de distribució indiquen que el patró filogenètic es relaciona amb les tres grans vessants on es troba distribuïda l'espècie: ponto-càspia, atlàntica i mediterrània. Aquesta diferenciació estaria associada a l'aïllament de les vessants durant el Quaternari. L'origen de l'espècie es relaciona amb la vessant ponto-càspia, d'acord amb els models biogeogràfics que postulen l'origen asiàtic de la ictiofauna europea. S'ha detectat també un segon nivell de divergència dins de cada vessant que dóna com a resultat l'existència de sis llinatges evolutius: Atlàntic i Duero a la vessant atlàntica, els llinatges Adriàtic, Mediterrani i Marmoratus als rius mediterranis, i el llinatge Danubi a la zona ponto-càspia. Les glaciacions del Pleistocè han modificat profundament el rang de distribució de la truita comuna, especialment a la vessant atlàntica, on s'han proposat quatre grans refugis glacials: a l'est de la capa de gel, a Europa central, a l'entorn del canal de la Mànega i a l'entorn del golf de Biscaia; tot i que només els tres primers haurien participat en la recolonització del nord d'Europa al final de l'última glaciació. El quart refugi, que inclou el sud de França i el Cantàbric hauria estat l'origen de l'expansió cap al sud durant el Pleistocè Superior d'un grup de poblacions distribuïdes actualment a la vessant atlàntica ibèrica, i també hauria servit de base per a l'expansió cap al nord d'altres grups de truita durant interglacials anteriors. A la vessant atlàntica de la peninsula Ibèrica, l'estructura poblacional es troba associada a la xarxa hidrogràfica i es determinen fins a cinc unitats poblacionals: les truites dels rius Cantàbrics, les del Miño, les del Duero, les del Tajo i les del Guadalquivir. Les poblacions del Guadalquivir pertanyerien a un grup d'influència mediterrània. Els marcadors d'al·lozims i de DNA mitocondrial es troben fortament correlacionats en aquesta vessant, on apunten cap als mateixos grups de poblacions. Per contra, els rius de la vessant mediterrània haurien estat colonitzats pels llinatges Adriàtic i Mediterrani i s'hauria produït una intensa intergradació secundària entre aquests llinatges durant els períodes glacials a partir de l'expansió de les poblacions retingudes a les capçaleres durant els interglacials. Els grups de hibridació, l'aïllament i la deriva en el període interglacial fa que els grups de poblacions identificats pels marcadors d'al·lozims i de DNA mitocondrial no coincideixin.

An assessment of the fine sediment dynamics in an upland river system: INCA-Sed modifications and implications for fisheries

There is a need for better links between hydrology and ecology, specifically between landscapes and riverscapes to understand how processes and factors controlling the transport and storage of environmental pollution have affected or will affect the freshwater biota. Here we show how the INCA modelling framework, specifically INCA-Sed (the Integrated Catchments model for Sediments) can be used to link sediment delivery from the landscape to sediment changes in-stream. INCA-Sed is a dynamic, process-based, daily time step model. The first complete description of the equations used in the INCA-Sed software (version 1.9.11) is presented. This is followed by an application of INCA-Sed made to the River Lugg (1077 km2) in Wales. Excess suspended sediment can negatively affect salmonid health. The Lugg has a large and potentially threatened population of both Atlantic salmon (Salmo salar) and Brown Trout (Salmo trutta). With the exception of the extreme sediment transport processes, the model satisfactorily simulated both the hydrology and the sediment dynamics in the catchment. Model results indicate that diffuse soil loss is the most important sediment generation process in the catchment. In the River Lugg, the mean annual Guideline Standard for suspended sediment concentration, proposed by UKTAG, of 25 mg l− 1 is only slightly exceeded during the simulation period (1995–2000), indicating only minimal effect on the Atlantic salmon population. However, the daily time step simulation of INCA-Sed also allows the investigation of the critical spawning period. It shows that the sediment may have a significant negative effect on the fish population in years with high sediment runoff. It is proposed that the fine settled particles probably do not affect the salmonid egg incubation process, though suspended particles may damage the gills of fish and make the area unfavourable for spawning if the conditions do not improve.

Rare and fleeting: an example of interspecific recombination in animal mitochondrial DNA

Recombination is thought to occur only rarely in animal mitochondrial DNA ( mtDNA). However, detection of mtDNA recombination requires that cells become heteroplasmic through mutation, intramolecular recombination or ' leakage' of paternal mtDNA. Interspecific hybridization increases the probability of detecting mtDNA recombinants due to higher levels of sequence divergence and potentially higher levels of paternal leakage. During a study of historical variation in Atlantic salmon ( Salmo salar) mtDNA, an individual with a recombinant haplotype containing sequence from both Atlantic salmon and brown trout ( Salmo trutta) was detected. The individual was not an F1 hybrid but it did have an unusual nuclear genotype which suggested that it was a later-generation backcross. No other similar recombinant haplotype was found from the same population or three neighbouring Atlantic salmon populations in 717 individuals collected during 1948 - 2002. Interspecific recombination may increase mtDNA variability within species and can have implications for phylogenetic studies.

The phylogeography of salmonid proliferative kidney disease in Europe and North America

Salmonid proliferative kidney disease (PKD) is caused by the myxozoan Tetracapsuloides bryosalmonae. Given the serious and apparently growing impact of PKD on farmed and wild salmonids, we undertook a phylogeographic study to gain insights into the history of genealogical lineages of T. bryosalmonae in Europe and North America, and to determine if the global expansion of rainbow trout farming has spread the disease. Phylogenetic analyses of internal transcribed spacer 1 sequences revealed a clade composed of all North American sequences plus a subset of Italian and French sequences. High genetic diversity in North America and the absence of genotypes diagnostic of the North American clade in the rest of Europe imply that southern Europe was colonized by immigration from North America; however, sequence divergence suggests that this colonization substantially pre-dated fisheries activities. Furthermore, the lack of southern European lineages in the rest of Europe, despite widespread rainbow trout farming, indicates that T. bryosalmonae is not transported through fisheries activities. This result strikingly contrasts with the commonness of fisheries-related introductions of other pathogens and parasites and indicates that fishes may be dead-end hosts. Our results also demonstrate that European strains of T. bryosalmonae infect and induce PKD in rainbow trout introduced to Europe.

G6f-like is an ITAM-containing collagen receptor in thrombocytes

Collagen activates mammalian platelets through a complex of the immunoglobulin (Ig) receptor GPVI and the Fc receptor γ-chain, which has an immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM). Cross-linking of GPVI mediates activation through the sequential activation of Src and Syk family kinases and activation of PLCγ2. Nucleated thrombocytes in fish are activated by collagen but lack an ortholog of GPVI. In this study we show that collagen activates trout thrombocytes in whole blood and under flow conditions through a Src kinase driven pathway. We identify the Ig receptor G6f-like as a collagen receptor and demonstrate in a cell line assay that it signals through its cytoplasmic ITAM. Using a morpholino for in vivo knock-down of G6f-like levels in zebrafish, we observed a marked delay or absence of occlusion of the venous and arterial systems in response to laser injury. Thus, G6f-like is a physiologically relevant collagen receptor in fish thrombocytes which signals through the same ITAM-based signalling pathway as mammalian GPVI, providing a novel example of convergent evolution.

The effects of stocking density in physiological parameters and growth of the endangered teleost species piabanha, Brycon insignis (Steindachner, 1877)

This study investigated the effects of stocking density on the growth and fatty acid (FA) of Brycon insignis metabolism. Fingerlings (360) were distributed into eight ponds at two stocking densities (105 and 210 g/m(3)). The analysis of growth showed that the condition factor (K) and the coefficient of variation (CV) for body mass were not affected by stocking density. However, final body mass and length, specific growth rate (SGR), and weight gain (WG) were higher in the low stocking density group, which also presented a higher feed efficiency (FE) and survival (S). By contrast, muscle protein levels were higher in the high stocking density group. The plasma and muscle lipid content were not affected by stocking density, but fish reared at lower stocking density presented higher lipid concentration in the liver, with no differences in hepatosomatic index values. Even with the differences observed in metabolic and growth parameters, plasma cortisol was not affected by stocking density. The FA profile in the muscle and liver neutral fraction were not affected by stocking density, but the FA in the polar fractions differed between the two stocking densities. In the liver, total polyunsaturated fatty acids (PUFA) and PUFA n - 3 increased in higher stocking density, mainly due to an increase in docosahexaenoic acid (DHA). In addition, PUFA n - 6 were also increased in the higher stocking density group, mainly due to an increase in arachidonic acid (AA) and docosadienoic acid (22:2n - 6). In the muscle polar fraction, the saturated fatty acids (SFA) and monounsaturated fatty acids (MUFA) decreased in the animals from the higher stocking density group, and this reduction was compensated by an increase in PUFA n - 3 and PUFA n - 6, mainly the FA with 20-22 carbons (20:4n - 6: 22:4:n - 6; 22:5n - 6, 22:5n - 3, and 22:6n - 3). A different profile was observed for the C18 PUFAs, mainly 18:2n - 6 and 18:4n - 6, which were higher in the lower density stocking group. The data suggest that when living in high stocking density, B. insignis differentially utilizes the hepatic lipids as energy source and remodels the membrane fatty acids, with higher amounts of DHA in the polar muscle fraction compensated for by a decrease in MUFA. The zootechnical and physiological indices reveal that the lower stocking density group achieve overall better performance. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Aluminum as an endocrine disruptor in female Nile tilapia (Oreochromis niloticus)

The effects of aluminum on plasma ion, lipid, protein and steroid hormone concentration were evaluated in Oreochromis niloticus broodstock females. Lipid and protein concentrations from the gonads and liver were also measured Experiments were performed at neutral and acidic water pH Four groups of fish were tested for 96 h. 1) control conditions at neutral water pH, 2) control conditions at acidic water pH (CTR-Ac). 3) aluminum at neutral water pH (Al-N), and 4) aluminum at acidic water pH (Al-Ac) Aluminum and acidic water pH exposure caused no ionoregulatory disturbances Total lipid concentration increased in the mature gonads and decreased in the liver, suggesting an acceleration of lipid mobilization to the ovaries in animals exposed to aluminum However, a decreased protein concentration in ovaries was also observed Exposure of control fish to acidic water pH caused an increased concentration of plasma 17 alpha-hydroxyprogesterone However, females exposed to aluminum at acidic water pH showed a decreased of plasma 17 alpha-hydroxyprogesterone and cortisol. No differences in plasma 17 beta-estradiol were observed The physiological mechanisms underlying the disturbances observed are discussed focusing on reproduction We suggest that aluminum can be considered an endocrine disrupting compound in mature O. mloticus females (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved

Gene Mapping of 18S and 5S rDNA Genes in the Karyotype of the Three-Spot Gourami Trichogaster trichopterus (Perciformes, Osphronemidae)

Ornamental fish culture is important as an economic activity and for biodiversity conservation as well. The species of the genus Trichogaster (Perciformes, Osphronemidae), popularly known as three-spot gourami, are among the several commercial species raised around the world. In the present work, eight specimens of Thrichogaster trichopterus from aquarium trade facilities were analyzed. The karyotype was composed of 23 pairs of subtelo/acrocentric chromosomes. Fluorescent in situ hybridization allowed identifying the 18S ribosomal gene at telomeric region on long arms of the largest acrocentric pair. On the other hand, the 5S rRNA gene is located at a proximal region on a pair of medium-sized chromosomes. Such information is extremely useful in face of the risks of introduction and the development of ornamental fish trade, once many fish species can be identified only by genetic studies.