Diseño y desarrollo de un modelo booleano probabilístico de regulación genética en el simulador de colonias bacterianas GRO

Resulta interesante comprender como microorganismos sencillos como la bacteria Escherichia coli poseen mecanismos no tan simples para responder al entorno en el que está gestionada por complicadas redes de regulación formadas por genes y proteínas, donde cada elemento de la red genética debe tomar parte en armonía, en el momento justo y la cantidad adecuada para dar lugar a la respuesta celular apropiada. La biología sintética es un nuevo área de la biología y la tecnología que fusiona la biolog ía molecular, la ingeniería genética y las herramientas computacionales, para crear sistemas biológicos con funcionalidades novedosas. Los sistemas creados sintéticamente son ya una realidad, y cada vez se acumulan más trabajos alrededor del mundo que muestran su factibilidad. En este campo no solo se hacen pequeñas modificaciones en la información genética, sino que también se diseñan, manipulan e introducen circuitos genéticos a los organismos. Actualmente, se hace un gran esfuerzo para construir circuitos genéticos formados por numerosos genes y caracterizar la interacción de los mismos con otras moléculas, su regulaci ón, expresión y funcionalidad en diferentes organismos. La mayoría de los proyectos de biología sintética que se han desarrollado hasta ahora, se basan en el conocimiento actual del funcionamiento de los organismos vivos. Sin embargo, la información es numerosa y creciente, por lo que se requiere de herramientas computacionales y matem áticas para integrar y hacer manejable esta gran cantidad de información. El simulador de colonias bacterianas GRO posee la capacidad de representar las dinámicas más simples del comportamiento celular, tales como crecimiento, división y comunicación intercelular mediante conjugación, pero carece de la capacidad de simular el comportamiento de la colonia en presencia de un circuito genético. Para ello, se ha creado un nuevo módulo de regulación genética que maneja las interaciones entre genes y proteínas de cada célula ejecutando respuestas celulares específicas. Dado que en la mayoría de los experimentos intervienen colonias del orden de 105 individuos, es necesario un módulo de regulación genética simplificado que permita representar de la forma más precisa posible este proceso en colonias de tales magnitudes. El módulo genético integrado en GRO se basa en una red booleana, en la que un gen puede transitar entre dos estados, on (expresado) o off (reprimido), y cuya transición viene dada por una serie de reglas lógicas.---ABSTRACT---It is interesting to understand how simple organisms such as Escherichia coli do not have simple mechanisms to respond to the environment in which they find themselves. This response is managed by complicated regulatory networks formed by genes and proteins, where each element of the genetic network should take part in harmony, at the right time and with the right amount to give rise to the appropriate cellular response. Synthetic biology is a new area of biology and technology that combines molecular biology, genetic engineering and computational tools to create biological systems with novel features. The synthetically created systems are already a reality, and increasingly accumulate work around the world showing their feasibility. In this field not only minor changes are made in the genetic information but also genetic circuits designed, manipulated and introduced into the organisms. Currently, it takes great effort to build genetic circuits formed by numerous genes and characterize their interaction with other molecules, their regulation, their expression and their function in different organisms. Most synthetic biology projects that have been developed so far are based on the current knowledge of the functioning of living organisms. However, there is a lot of information and it keeps accumulating, so it requires computational and mathematical tools to integrate and manage this wealth of information. The bacterial colonies simulator, GRO, has the ability to represent the simplest dynamics of cell behavior, such as growth, division and intercellular communication by conjugation, but lacks the ability to simulate the behavior of the colony in the presence of a genetic circuit. To this end, a new genetic regulation module that handles interactions between genes and proteins for each cell running specific cellular responses has been created. Since most experiments involve colonies of about 105 individuals, a simplified genetic module which represent cell dynamics as accurately and simply as possible is needed. The integrated genetic GRO module is based on a Boolean network, in which a gene can be in either of two states, on (expressed) or off (repressed), and whose transition is given by a set of logical rules.

Hormone-Mediated Gene-Specific Translation Regulation

The central role of translation regulation in the control of critical cellular processes has long been recognized. Yet the systematic exploration of quantitative changes in translation at a genome-wide scale in response to specific stimuli has only recently become technically feasible. Using a genetic approach, we have identified new Arabidopsis weak-ethylene insensitive mutants that also display defects in translation, which suggested the existence of a previously unknown molecular module involved in ethylene-mediated translation regulation of components of this signaling pathway. To explore this link in detail, we implemented for Arabidopsis the ribosome-footprinting technology, which enables the study of translation at a whole-genome level at single codon resolution[1]. Using ribosome-footprinting we examined the effects of short exposure to ethylene on the Arabidopsis translatome looking for ethylene-triggered changes in translation rates that could not be explained by changes in transcript levels. The results of this research, in combination with the characterization of a subset of the aforementioned weak-ethylene insensitive mutants that are defective in the UPF genes (core-components of the nonsense-mediated mRNA decay machinery), uncovered a translation-based branch of the ethylene signaling pathway[2]. In the presence of ethylene, translation of a negative regulator of ethylene signaling EBF2 is repressed, despite induced transcription of this gene. These translational effects of ethylene require the long 3´UTR of EBF2 (3´EBF2), which is recognized by the C-terminal end of the key ethylene-signaling protein EIN2 (EIN2C) in the cytoplasm once EIN2C is released from the ER-membrane by proteolytic cleavage. EIN2C binds the 3´EBF2, recruits the UPF proteins and moves to P-bodies, where the translation of EBF2 in inhibited despite its mRNA accumulation. Once the ethylene signal is withdrawn, the translation of the stored EBF2 mRNAs is resumed, thus rapidly dampening the ethylene response. These findings represent a mechanistic paradigm of gene-specific regulation of translation in response to a key growth regulator. Translation regulatory elements can be located in both 3′ and 5′ UTRs. We are now focusing on the ead1 and ead2 mutants, another set of ethylene-signaling mutants defective in translational regulation. Ribosome-footprinting on the ead1 mutant revealed an accumulation of translating ribosomes in the 5´UTRs of uORF-containing genes and reduction in the levels of ribosomes in the main ORF. The mutant is also impaired in the translation of GFP when this reporter is fused to WT 5´UTR of potential EAD1 targets but not when GFP is fused to the uORF-less versions of the same 5´UTRs. Our hypothesis is that EAD1/2 work as a complex that is required for the efficient translation of mRNAs that have common structural (complex 5´UTR with uORFs) and functional (regulation of key cellular processes) features. We are working towards the identification of the conditions where the EAD1 regulation of translation is required. [1] Ingolia, N. et al. (2009) Genome-Wide Analysis in Vivo of Translation with Nucleotide Resolution Using Ribosome Profiling. Science, 324; 218-222 [2] Merchante, C. et al. (2015) Gene-Specific Translation Regulation Mediated by the Hormone-Signaling Molecule EIN2. Cell, 163(3): 684-697

Caracterização agronômica e divergência genética de acessos de cártamo

Pós-graduação em Agronomia (Agricultura) - FCA

Divergência genética entre acessos de cártamo (Carthamus tinctorius L.)

Pós-graduação em Agronomia (Agricultura) - FCA

Evaluación preliminar de dos variedades de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) inoculadas en diferentes etapas fenológicas con el virus del mosaico amarillo del frijol (BYMV)

Con el objetivo de evaluar la respuesta del frijol común (Phaseolus vulgaris L.) al virus del mosaico amarillo del frijol (BYMV) se seleccionaron las variedades Revolución 81 y Revolución 84, las cuales fueron inoculadas con BYMV en diferentes etapas fenológicas. El experimento consistió de dos etapas; Etapa 1 (vivero) en el período comprendido de julio-septiembre de 1991, en el campo de la Escuela de Sanidad Vegetal, Universidad Nacional Agraria, kilómetro 12 1/2 carretera norte, Managua; y la Etapa II (campo), en La Compañía, Masatepe, Carazo. Las variables evaluadas fueron, número de vainas por planta, número de granos por vaina y rendimiento (peso de granos). Para evaluar las diferencias estadísticas de las variables mencionadas se realizó análisis de varianza. En la Etapa 1 se observó que el menor rendimiento se presentó en el momento de inoculación a los 7 DDE para la variedad Rev. 81 y para la variedad Rev. 84 el menor rendimiento fue a los 15 DDE. En la Etapa II el mayor rendimiento se presentó cuando la inoculación se hizo a los 15 DDE, para la variedad Rev.81 y a los 7 DDE, para la variedad Rev.84. Los resultados obtenidos indican que la variedad Rev.81 y Rev. 84 son susceptibles al BYMV resultando con un menor rendimiento la variedad Rev. 81.

Cadmium phytotoxicity and trophic transfer to isopods

O cádmio (Cd) é um metal não essencial e é considerado um poluente prioritário pela comunidade europeia. Este metal atinge o ambiente no decurso de várias actividades antropogénicas e tende a concentrar-se nos solos e sedimentos, onde está potencialmente disponível para as plantas, sendo posteriormente transferido através da cadeia trófica. Neste contexto, o principal objectivo da presente dissertação foi o estudo dos efeitos da assimilação e da acumulação de Cd em plantas e as suas consequências para animais consumidores. Numa primeira fase, foram estudados os principais efeitos fisiológicos e genotóxicos do Cd em plantas. As plantas de alface (Lactuca sativa L.) expostas a Cd apresentaram um decréscimo na eficiência fotossintética, aumento de peroxidação lipídica e alterações significativas na actividade de enzimas de stress oxidativo. Estas alterações culminaram num decréscimo do crescimento da parte aérea no final da exposição. As respostas obtidas pelos parâmetros bioquímicos sugerem que estes poderão ser utilizados como eventuais biomarcadores em testes ecotoxicológicos com Cd em abordagens integrantes em conjunto com parâmetros clássicos. Os efeitos mutagénicos de Cd foram avaliados através da determinação da instabilidade de microsatélites (IM). Não foi observada IM, nem nas folhas nem nas raízes de plantas de alface com 5 semanas de idade expostas a 100 μM Cd durante 14 dias, no entanto observou-se IM em raízes de alface exposta a 10 μM Cd durante 28 dias desde a germinação. A idade da planta e a maior acumulação de Cd nas raízes poderão explicar os resultados obtidos. A clastogenicidade de Cd foi analisada em três espécies vegetais com diferentes capacidades de destoxificação e acumulação de metais através de citometria de fluxo. Foram detectadas alterações significativas nos parâmetros analisados em raízes alface, mas não nas espécies Thlaspi caerulescens J & C Presl e Thlaspi arvense L. Estes resultados sugerem que o stress provocado pelo Cd originou clastogenicidade como consequência da perda de porções de cromossomas, uma vez que o conteúdo de ADN nuclear diminuiu. A transferência trófica através da cadeia alimentar permanece muito pouco estudada em termos ecotoxicológicos. A distribuição subcellular de metais num organismo pode ser utilizada para compreender a transferência trófica de um metal na cadeia alimentar. Como tal, numa última parte é estudado de que modo a distribuição subcellular do Cd em plantas com perfis de acumulação de Cd distintos afecta a biodisponibilidade e transferência trófica de Cd para isópodes. A distribuição de Cd entre as 4 fracções subcelulares obtidas através de centrifugação diferencial revelou a existência de diferenças significativas entre as espécies de plantas. Estes resultados em conjunto com a avaliação directa da eficiência de assimilação (EA) de Cd individual de cada uma das quatro fracções subcelulares das plantas em estudo, resultou em informação de grande relevância para a explicação das diferenças observadas na EA de Cd por parte de isópodes alimentados com folhas de diferentes espécies de plantas. Com base nos resultados obtidos, o Cd ligado a proteínas estáveis à temperatura (e.g. metaloteoninas e fitoquelatinas) é o menos biodisponível, sendo assim o que menos contribuiu para a transferência trófica, enquanto que o Cd ligado a proteínas desnaturadas pela temperatura foi a fracção mais disponível para transferência trófica de Cd ao isópode. Estes resultados realçam a relevância ecológica da distribuição subcelular de Cd em plantas que tem influência directa na tranferência trófica deste metal para os consumidores e ainda o facto de que alterações na distribuição subcelular de Cd em plantas devido a diferentes mecanismos de destoxificação poderá ter um impacto directo na transferência trófica de Cd para o animal consumidor.

Estudio comparativo de promotores de genes del complejo hGH-hPL que se expresan en placenta.

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL

Molecular genetics of cork formation

La peridermis és una estructura complexa que protegeix els òrgans vegetals madurs (secundaris) i les zones que han sofert ferides de la pèrdua d'aigua i dels patògens. Aquesta funció barrera és deguda al fel·lema o súber, un teixit format per cèl·lules suberificades. Tant el fel·lema com la suberina són crucials per la vida de les plantes terrestres, però pràcticament no es coneix res dels processos moleculars que regulen la seva formació, probablement degut a la manca de models adequats. En aquesta tesi s'han identificat i caracteritzat gens induïts al fel·lema mitjançant la combinació de dues plantes models. L'escorça d'alzina surera (Quercus suber) s'ha utilitzat per aïllar gens candidats de la formació del fel·lema i per investigar el comportament d'alguns d'aquests gens durant l'estació de creixement, mentre que la pela de la patata (Solanum tuberosum) s'ha utilitzat en estudis de genètica reversa per demostrar la funció d'alguns gens reguladors al fel·lema.

Assessing the genetic structure of Oryza glumaepatula populations with isozyme markers

To assess the genetic diversity and genetic structure parameters, nine populations of Oryza glumaepatula from the Amazon biome, four from the Pantanal biome, and one collected at Rio Xingu, Mato Grosso, totaling 14 populations and 333 individuals were studied with isozyme markers. Six loci were evaluated showing a moderate allozyme variability (A = 1.21, P = 20.7%, H_o = 0.005, H_e = 0.060). The populations from the Pantanal biome showed higher diversity levels than the Amazon biome. High genetic differentiation among the populations, expected for self-fertilizing species, was observed (F_ST=0.763), with lower differentiation found among the Pantanal populations (F_ST=0.501). The average apparent outcrossing rate was higher for the Pantanal populations (t _a = 0.092) than for the Amazonian populations (t _a = 0.003), while the average for the 14 populations was 0.047, in accordance with a self-fertilization mating system.

Impacto de los polimorfismos genéticos de las citoquinas en los resultados del trasplante renal

En el trasplante de órganos sólidos los factores que conducen a la pérdida del injerto son muy diversos. A pesar del avance en el diagnóstico y tratamiento de los pacientes trasplantados renales, el rechazo agudo sigue siendo una de las principales causas de deterioro progresivo de la función renal. La presencia de episodios de rechazo acorta la supervivencia del injerto e, incluso, la del paciente, dado que implica la activación de un proceso inflamatorio no sólo local, sino también sistémico y obliga al incremento de la carga de inmunosupresión a administrar. La detección de los pacientes con mayor grado de susceptibilidad al desarrollo de rechazo, puede ayudarnos a prevenirlo. No existe consenso sobre la definición de "riesgo inmunológico elevado" y que características tiene que cumplir un paciente para poder ser incluido dentro de este grupo de riesgo. Las citoquinas, moléculas inmunomoduladoras que actúan como mediadores de la inflamación y la respuesta inmune, son secretadas por células T y macrófagos. Participan activamente en todos los procesos de la respuesta inmune, desde la activación a la diferenciación y proliferación celular. La producción de estas citoquinas se encuentra, en muchas ocasiones, sometida a una regulación genética, de tal forma que polimorfismos a nivel de las regiones promotoras o codificadoras pueden alterar los niveles de las mismas y por tanto modificar la respuesta inflamatoria y/o inmunológica ante cualquier estímulo...

Estacionalidad de la vitamina D plasmática: su importancia en la clínica y en la salud

Un nivel adecuado de vitamina D (VD) es importante no solo para el hueso y el metabolismo fosfocálcico, sino también para la inmunomodulación, la regulación genética, la producción hormonal y la salud a lo largo del ciclo vital. Numerosos estudios observacionales han demostrado una variación estacional en los niveles plasmáticos de la VD, habitualmente con un máximo en torno al verano y un mínimo en torno al invierno. La latitud geográfica juega un papel considerable en la influencia de los rayos ultravioleta del espectro solar. Estudios hechos en Uruguay en la década del 2000 confirmaron la estacionalidad de la VD plasmática y se enfocaron en los vínculos con el metabolismo fosfocálcico y la osteoporosis, generando un marco terapéutico e inclusive preventivo para esta patología. Además de los efectos sobre la calcemia y fosfatemia, el déficit de esta vitamina está involucrado en el origen o desarrollo de patologías crónicas de actual relevancia, tales como algunos tipos de cáncer, enfermedades autoinmunes, cardiovasculares y degenerativas, así como también en la mortalidad global. Desde una perspectiva clínica y de salud pública, es importante comprender la influencia de la estacionalidad en el nivel plasmático de VD a fin de evaluar e interpretar adecuadamente las mediciones individuales y la suplementación destinada a combatir la deficiencia de la vitamina, todo lo cual hace necesaria una actualización del conocimiento.

Inferencia de parámetros en líneas celulares de cáncer

Objetivos y método de estudio: En el presente trabajo se muestra la comparación de métodos formulados para dar solución a la inferencia de parámetros en redes de regulación genética artificiales. Este proyecto es motivado por un caso práctico en una red genética proveniente de líneas celulares de cáncer reales al que desea extenderse. Dentro de este estudio se incluyen evaluaciones empíricas donde se compara el desempeño de cada una de las metodologías presentadas tomando diversas muestras de datos mediante los modelos creados. El propósito de esta tesis es contrastar distintas metodologías desarrolladas para la inferencia de parámetros de redes genéticas artificiales. Esto con el fin de proporcionar evidencia sobre cu´al es m´as apropiada emplear, basándose en criterios de eficiencia y errores de muestra. Contribuciones y conclusiones: La contribución fundamental del presente trabajo radica en realizar un análisis de las metodologías creadas para inferir parámetros teniendo en cuenta la limitación de pocos datos atribuida a las escasas observaciones con las que se cuentan en experimentos en casos reales.

Estudo da variabilidade genética de plantas oriundas da embriogênese somática de genótipos de batata-doce utilizando marcadores RAPD.

2005

Diversidade genética de plantas daninhas revelada por AFLP. I. Proso Millet (Panicum miliaceum, L.).

2003