Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.

Búsqueda de nuevos compuestos con acción inhibidora de bacterias y enzimas asociadas a patologías, obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas del centro de Argentina

Las infecciones bacterianas están en franco aumento por diversas razones, en especial por la aparición de resistencia a los antibióticos comerciales. Por otro lado los inhibidores de acetilcolinesterasa (AChE) y tirosinasa, ambas enzimas relacionadas con diversas patologías como por ejemplo la enfermedades de Alzheimer o Parkinson, presentan ciertos inconvenientes en especial asociados a su toxicidad. Es por esto que el descubrimiento de nuevas moléculas con acción inhibidora de bacterias y de las mencionadas enzimas es un desafío de muchos investigadores. Las plantas son capaces de sintetizar compuestos que utilizan como sus propias armas de defensa contra el ataque de agentes externos negativos. Esta propiedad puede ser aprovechada por el hombre para la obtención de nuevos medicamentos fitoterápicos. Continuando con la búsqueda de compuestos naturales bioactivos que realiza nuestro grupo de investigación, es nuestro objetivo encontrar nuevos agentes obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas de la región Central de Argentina efectivos para inhibir bacterias y enzimas asociadas a enfermedades. Estos productos pueden llevar a nuevos medicamentos fitoterápicos o a novedosos líderes para la síntesis de análogos. De esta manera podremos contribuir a mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados.

Búsqueda de nuevos compuestos obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas del centro de Argentina con acción inhibidora de bacterias, enzimas asociadas a patologías y bombas de resistencia a multidrogas (MDR)

Las infecciones bacterianas están en franco aumento por diversas razones, en especial por la aparición de resistencia a los antibióticos comerciales. Por otro lado los inhibidores de acetilcolinesterasa (AChE) y tirosinasa, ambas enzimas relacionadas con diversas patologías como por ejemplo la enfermedades de Alzheimer o Parkinson, presentan ciertos inconvenientes en especial asociados a su toxicidad. Es por esto que el descubrimiento de moléculas obtenidas de plantas con acción inhibidora de bacterias y de las mencionadas enzimas es un desafío de muchos investigadores. En otro aspecto relacionado a la salud humana, muchas drogas antitumorales convencionales corren el riesgo de perder protagonismo debido a su deteriorada eficacia, fundamentalmente atribuida al hecho de que las células cancerígenas han desarrollado resistencia contra ellas. Este fenómeno se debe a la sobre-expresión de proteínas de membrana que actúan como bombas de resistencia a multidrogas (MDR). La inhibición de estas bombas se traduce en un aumento de la eficacia de las quimioterapias. Las plantas son capaces de sintetizar compuestos que utilizan como sus propias armas de defensa contra el ataque de agentes externos negativos. Esta propiedad puede ser aprovechada por el hombre para la obtención de nuevos medicamentos fitoterápicos. Continuando con la búsqueda de compuestos naturales bioactivos que realiza nuestro grupo de investigación, es nuestro objetivo encontrar nuevos compuestos obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas de la región Central de Argentina efectivos para inhibir bacterias, enzimas asociadas a enfermedades y MDR. Estos productos pueden llevar a nuevos medicamentos fitoterápicos o a novedosos líderes para la síntesis de análogos. De esta manera podremos contribuir a mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados

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.

Preservación de la información génica en bacterias; mecanismos y modulación molecular. Preservation of the genetic information in bacteria; mechanisms and molecular modulation.

El objetivo general del presente proyecto es contribuir a la caracterización genética y bioquímica molecular de mecanismos involucrados en el mantenimiento de la información génica, a través del estudio de sistemas fisiológicos involucrados en la prevención, reparación y tolerancia de mutaciones. Dichos sistemas se encuentran evolutivamente conservados y ampliamente distribuidos en los seres vivos. La importancia de los mismos se refleja en el hecho que su deficiencia genera en humanos, enfermedades genéticas, apoptosis y cáncer; y en especies procariotas, células denominadas "hipermutadoras". En los últimos años el estudio de la hipermutabilidad en bacterias ha cobrado gran interés ya que se le atribuye importancia en procesos infectivos y en aspectos básicos relacionados a evolución. Nuestro modelo de estudio son las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Escherichia coli, siendo esta última especie no solo modelo de estudio sino también especie de referencia. P. aeruginosa es una bacteria ambiental gram negativa, e importante patógeno oportunista de humanos. Específicamente nos proponemos estudiar en P. aeruginosa algunos aspectos particulares del Sistema de Reparación de Bases Apareadas Incorrectamente (Mismatch Repair System, MRS), del Sistema de Prevención/Reparación de Lesiones Oxidativas generadas a través de 8-oxo-7,8-dihidroguanina (8-oxo-dG ó GO) y el papel de las ADN Polimerasas de baja fidelidad en la modulación de la tasa de mutación. Asimismo estamos interesados en estudiar en cepas de E. coli deficientes en el sistema Dam, la existencia de subpoblaciones de alta estabilidad genética debido a la eliminación de posibles mutantes por incremento de la expresión de los otros componentes del MRS. Metodológicamente la caracterización bioquímica de factores proteicos se llevará a cabo utilizando proteínas recombinantes purificadas, análisis de interacción proteína-proteína y proteína-ADN mediante electroforesis en geles y resonancia plasmónica de superficie (Biacore), mutagenésis dirigida in vitro, y estudios de complementación en cepas mutantes específicas. Aspectos fenotípicos y de regulación génica en cultivos de biofilm y células en suspensión serán estudiados mediante la construcción de cepas mutantes, fusiones transcripcionales, PCR en tiempo real, western blot y microscopia de fluorescencia confocal.

Aspectos moleculares del desarrollo de biofilms, la colonización de la planta y la emisión de compuestos orgánicos volátiles en bacterias rizosféricas. Molecular aspects of biofilm development, plant colonization and microbial volatile organic emission in rhizospheric bacteria.

Las bacterias que habitan la rizosfera y que poseen la capacidad de provocar un efecto positivo sobre las plantas son denominadas en su conjunto como Rizobacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPR). Estas bacterias han desarrollado diferentes estrategias para adaptarse a diversas condiciones ambientales. La capacidad para responder a variaciones en la disponibilidad nutricional permite la persistencia de la bacteria en el suelo y mejora sus posibilidades para colonizar la planta hospedadora. En la naturaleza, a menudo las bacterias se encuentran en estructuras de comunidades de microorganismos interconectados denominados biofilms, con un estilo de vida diferente al de la vida en forma planctónica. La formación del biofilm podría representar una estrategia de supervivencia de la rizobacteria a condiciones adversas del suelo. Por Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM), hemos observado que Rhizobium leguminosarum desarrolla un biofilm característico sobre una superficie abiótica. Hemos identificado algunos de los factores genéticos que influyen en su formación. El presente proyecto propone avanzar en el conocimiento de los factores ambientales y genéticos que influyen sobre la capacidad de las rizobacterias para formar biofilms y su impacto en la interacción con las plantas. A través de enfoques genéticos (mutacionales y de expresión génica) y análisis por CLSM nos proponemos acercarnos a un modelo de los factores de superficie, extracelulares y regulatorios propios de la bacteria que influyen en las propiedades de adhesión y la formación de biofilms. Por último, se intentará correlacionar la emisión de compuestos orgánicos volátiles por las bacterias rizosféricas con ciertos aspectos de la promoción del crecimiento de las plantas.

Impacto de las prácticas agrícolas en los recursos hídricos de la provincia de Córdoba: aislamiento y caracterización de bacterias degradadoras de pesticidas para su utilización en procesos de biorremediación. Impact of agricultural activities on aquatic environments of Córdoba: isolation and characterization of bacteria with pesticide removal capacities for bioremediation treatments.

Los sistemas de agua dulce constituyen fuentes vitales para el desarrollo de la vida. Entre otras causas, el excesivo y poco controlado uso de pesticidas por las prácticas agrícolas modernas ha contribuido con la degradación de estos ecosistemas en la provincia de Córdoba (Secretaría de Ambiente, 2008). Los pesticidas son compuestos tóxicos y químicamente estables en el ambiente. Diversas especies microbianas presentan la capacidad para mineralizar dichos compuestos, siendo uno de los mecanismos de descomposición más importante. En el presente trabajo se pretende (1) Detectar y cuantificar principios activos de pesticidas en diferentes aguas ambientales de la región centro-sur de la provincia de Córdoba; (2) Aislar y caracterizar especies bacterianas a partir de muestras de aguas superficiales y subterráneas de la región que demuestren ser eficientes en la biodegradación de diferentes pesticidas. Para ello, se estudiará la presencia de 10 pesticidas organoclorados y organofosforados (lindano, 2,4D, DDT, p,p-DDE, �-endosulfán, �-endosulfán, clorpirifós, dimetoato) y herbicidas (atrazina) en muestras de agua superficiales y subterráneas (8 - 12m de profundidad) de la región agrícola centro-sur de Córdoba. Se establecerán diferentes puntos de muestreo en las principales cuencas hidrográficas: Río Tercero y Embalse de Río Tercero, Canal Desviador de Bell Ville, Laguna La Salada, Río Saladillo, Río Carcarañá y Río Cuarto. La determinación de pesticidas se realizará mediante Cromatografía de Gases (GC). Conjuntamente, se realizará el aislamiento de microorganismos a partir de las muestras de agua suplementadas con diferentes concentraciones de pesticidas (López et al., 2005) y se procederá a la caracterización morfológica y bioquímica (Lechevalier, 1989). Se realizarán curvas de crecimiento (DO600) y se determinará la viabilidad celular mediante el método de recuento en placa. El potencial catabólico de cada aislamiento se determinará analizando la concentración residual de pesticidas en el sobrenadante de los cultivos (Benimeli et al, 2003) y mediante ensayos de resting-cell (Hernández et al, 2008). Finalmente se realizará la caracterización genética (Weisburg, 1991) de los aislamientos que demuestren una mayor eficiencia en la biodegradación de pesticidas. El presente estudio pretende abordar una temática prioritaria como es la contaminación ambiental de ecosistemas acuáticos de la provincia de Córdoba. la detección de principios activos de pesticidas sería, por lo tanto, un indicador de contaminación de origen antropológica y brindaría información respecto al deterioro de la calidad del agua. Por otra parte, el aislamiento de bacterias adaptadas a las condiciones ecológicas de la región y capaces de metabolizar eficientemente diferentes pesticidas como fuentes de carbono y energía sería beneficioso para su utilización en futuros ensayos de biorremediación.

Búsqueda de compuestos obtenidos a partir de plantas nativas y naturalizadas del centro de argentina con acción inhibidora de bacterias, enzimas asociadas a patologías y bombas de resistencia a multidrogas (mdr).

Las infecciones bacterianas están en franco aumento por diversas razones, en especial por la aparición de resistencia a los antibióticos comerciales. Por otro lado, los inhibidores de acetilcolinesterasa, los cuales son utilizados para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, presentan inconvenientes asociados a su toxicidad. Los inhibidores de tirosinasa son utilizados como agentes terapeúticos, cosméticos y como aditivos alimentarios, por lo que su búsqueda es de alta relevancia. El cáncer es una patología que se cobra numerosas vidas anualmente. Se han caracterizado tres subfamilias de proteínas MAPK en los vertebrados cuya desrregulación implica la aparición de numerosos tipos de cáncer: JNK, el grupo de las quinasas p38 y las proteínas ERK. Una activación y/o inhibición combinada de estas tres vías conduciría a encontrar nuevos agentes terapéuticos para el control de determinados tipos de tumores. En otro aspecto relacionado al cáncer y sus terapias, muchas drogas antitumorales convencionales corren el riesgo de perder protagonismo debido a su deteriorada eficacia. Esto se atribuye fundamentalmente al hecho de que las células cancerígenas han desarrollado resistencia contra ellas debido a la sobre-expresión de bombas de resistencia a multidrogas (MDR). La inhibición de estas bombas se traduce en un aumento de la eficacia de las quimioterapias. Las plantas son capaces de sintetizar compuestos con diferentes bioactividades los cuales pueden ser aprovechados por el hombre para la obtención de nuevos agentes terapeúticos. Es nuestro objetivo encontrar nuevas sustancias obtenidas a partir de plantas nativas y naturalizadas del centro de Argentina efectivas para inhibir bacterias, enzimas asociadas a patologías y MDR. Estos productos pueden llevar a nuevos medicamentos fitoterápicos o a novedosos líderes para la síntesis de análogos.

La protección vegetal en los cultivos. Aportes desde la fitopatología para el manejo de las enfermedades. Biología, epidemiología, manejo y control de hongos y bacterias fitopatógenas asociados a cultivos.

Las enfermedades de los cultivos son uno de los factores de mayor incidencia en el rendimiento de los cultivos, sea por las pérdidas que ocasiona como en el incremento de costos que genera su control. La estrategia de manejo de enfermedades incluye una serie de medidas entre las que se cuenta el control químico. El uso indiscriminado de esta alternativa trae aparejado serios problemáticas biológicas en los organismos involucrados y puede ser factor de riesgo de la salud pública. El conocimiento de los agentes perjudiciales de los cultivos, su forma de causar enfermedad y el manejo y control de los mismos son factores fundamentales para reducir estos riesgos. Los nuevos sistemas de producción, los cambios que se generan en el agroecosistema, la generan de nuevos ingredientes activos fungicidas y la evolución de la genética en las poblaciones perjudiciales y benéficas plantean desafíos para enfrentar y la formulación de criterios y formas de manejo actualizadas. En experimentos conducidos en laboratorio, en cámaras de crecimiento, en lotes de producción y en invernaderos, se procurará desenvolver métodos de diagnóstico, cuantificación y control de los agentes causales de las principales enfermedades de cultivos, contribuyendo a la sustentabilidad de los mismos. También serán generados momentos de transmisión de conocimientos, para poder volcar a los diferentes sectores, productores, técnicos, empresas, estado y sociedad, la información generada, como recibir de ellos sus inquietudes para generar nuevos proyectos de investigación.