Biología

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Análisis evolutivo del gen PRKN en el orden Primates
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-01) Cangrejo Useda, Yordy Stiven; Martínez Pérez, Francisco José; Vera Cala, Lina María; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
La Enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo que afecta a la población mundial. Se estima que el número de personas afectadas aumentará a los 17 millones para el 2040. Aunque no se conocen las características fisiológicas de la enfermedad, se ha establecido una relación con variantes y mutaciones del gen PRKN. El gen se caracteriza por tener un tamaño promedio de 1 200 000 pb. Sin embargo, el ARNm tiene un tamaño promedio de 4000 pb, lo cual hace que tan sólo el 0.3% del gen sean exones. La diferencia de tamaño entre exones e intrones predispone diversas preguntas acerca de su origen, así como la posibilidad de encontrar ARNm dentro de ellos, sin embargo, no se sabe el estado evolutivo de PRKN en Primates, ni las posibles implicaciones fisiológicas del mismo. Para esto, se descargaron del GenBank las secuencias del gen PRKN de Primates y se delimitaron exones e intrones a partir de sus variantes. Se caracterizó la estructura proteica y se identificó la fase de los intrones de PRKN. Se hizo una comparación de posibles ORFs y exones dentro de los intrones de PRKN, y se estableció una relación evolutiva a partir de un árbol filogenético. La organización estructural promedio del gen se compone por entre 11 y 12 exones, los cuales mantienen un patrón de conservación hacia el extremo 3’. Así mismo, las fases de los intrones se mantienen conservadas hacia esta misma región, lo que significa que son intrones antiguos. La estructura de la proteína se mostró con mayor variación. Se determinaron posibles ORFs dentro de los intrones de las secuencias, así como sitios funcionales, los cuales se mostraron conservados. La especie C. jacchus mostró una agrupación filogenética en un suborden diferente. Aunque el gen esté conservado, los diferentes arreglos exónicos y posibles ORFs promueven cambios en PRKN.
Análisis taxonómico y metataxonómico de cultivos bacterianos de muestras de aguas asociadas a producción de hidrocarburos mediante el análisis de secuencias del gen ARNr 16S
(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-06) Vera Martínez, Kevin Mauricio; Puentes Cala, Edinson Andrés; Hernández Torres, Jorge; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
Las bacterias son los seres vivos más abundantes del planeta, pudiendo ocupar nichos acuáticos, terrestres y con condiciones ambientales extremas. Dada esta característica, sus caracteres genotípicos y fenotípicos han diversificado mostrando una gran variedad de metabolismos, pudiendo usar un sinnúmero de compuestos químicos como fuente de energía. La presencia de estos organismos en ambientes industriales y perturbados por el hombre puede representar, en muchos casos, una ventaja medioambiental para mitigar el daño antropogénico sobre el ecosistema. La biorremediación, es una de estas ventajas que permite el uso de estos organismos o su maquinaria enzimática para realizar procesos de saneamiento ambiental. Se ha documentado que varios géneros bacterianos poseen la maquinaria celular necesaria para degradar compuestos hidrocarbonados y varios tipos de polímeros naturales y artificiales que pueden ser categorizados como contaminantes. En este estudio se muestrearon tres puntos de aguas asociadas a producción petrolera y por medio de técnicas de microbiología tradicional se aislaron cepas bacterianas que pudieran degradar petróleo y polímeros como la carboximetilcelulosa y el polietileno de baja densidad (LDPE), como también comprobar su crecimiento en presencia de metales pesados para así, de acuerdo a su gen ARNr 16S determinar la composición taxonómica de las muestras y documentar posibles cepas bacterianas candidatas a ser usadas en procesos de biorremediación.
Caracterización enzimática de bacterias aisladas de un compostaje doméstico con potencial aplicación en el aprovechamiento de residuos orgánicos
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-08) Toloza Sandoval, Silvia Daniela; Hidalgo Bucheli, William Fernando; Hernández Celi, Inés; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
La explosión demográfica en Colombia ha dado lugar a un mayor volumen de residuos orgánicos de origen doméstico que son depositados masivamente en rellenos sanitarios, donde se producen gases de efecto invernadero y lixiviados que afectan negativamente los ecosistemas. Además, debido a las toneladas que reciben al año y a su inadecuada gestión, aproximadamente el 31% de estos rellenos sanitarios se encuentran en sus últimos años de vida útil, lo que hace un llamado a la búsqueda de estrategias que se fundamenten en el aprovechamiento de biorresiduos y en la protección del medio ambiente. Por tal motivo, estudiar la degradación de materia orgánica que ocurre en el compostaje doméstico es una opción viable, ya que en este actúan microorganismos, fundamentalmente bacterias, que secretan enzimas capaces de modificar los materiales orgánicos hasta formar un biofertilizante. En este contexto, esta investigación tuvo como objetivo aislar, caracterizar e identificar bacterias procedentes de un compostaje doméstico, con miras hacia el aprovechamiento de los residuos orgánicos. Para llevarlo a cabo, inicialmente se construyó un sistema de compostaje doméstico controlado, a partir del cual se aislaron bacterias mediante tres muestreos realizados cada 30 días. Posteriormente, se evaluó la actividad pectinolítica, celulolítica, amilolítica y ligninolítica mediante la ejecución de pruebas semicuantitativas y se seleccionaron los aislamientos más eficientes en cada actividad. Con estos aislados, se realizaron pruebas de sinergismo y antagonismo encaminadas hacia la formación de un consorcio microbiano. Por último, con los microorganismos que interactuaron sinérgicamente, se procedió a cuantificar la actividad enzimática pectinasa, celulasa, amilasa y peroxidasa, mediante pruebas espectrofotométricas. Como resultado, se hallaron en total 15 aislados bacterianos, tres de ellos: M2C3, M3C4, y M2C5, evidenron las mayores actividades en la degradación de celulosa y lignina, pectina y almidón, respectivamente. Estos mismos aislados demostraron actividades sinérgicas entre sí, por lo que podrían ser utilizados para formar consorcios bacterianos implicados en la optimización del compostaje.
Diseño de un sistema CRISPR/LbCas12a y su evaluación en detección por corte de los genes 18s, H2A y Cytb de Trypanosoma cruzi en Rhodnius pallescens silvestres (Hemiptera: Reduviidae: Triatominae).
(Universidad Industrial de Santander, 2024-04-23) Ortiz Rodriguez, Luis Alejandro; Duque Luna, Jonny Edward; Hernandez Torres, Jorge; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
La enfermedad de Chagas causada por el parásito Trypanosoma cruzi es una dolencia de importancia en la salud pública. En la actualidad, los sistemas de diagnóstico del agente etiológico son diversos, abarcando desde enfoques sencillos, como la observación de frotis sanguíneo, pruebas serológicas, hasta pruebas moleculares, como la qPCR y PCR. En la búsqueda de alternativas de diagnosis que combinen eficiencia, bajo coste y precisión, se ofrece la aplicación de la tecnología CRISPR en la detección de secuencias específicas como análisis diagnóstico. El objetivo del presente trabajo consistió en diseñar un sistema de detección de ADN por corte específico utilizando la tecnología CRISPR/LbCas12a dirigido los genes Citocromo B, Subunidad ribosomal 18s y el gen de histona H2A de Trypanosoma cruzi en muestras de intestino de Rhodnius pallescens. Para ello, se implementó el sistema de corte colateral dirigido por guías de ARN diseñadas, usando amplificación por PCR y en ADN directo. La visualización del corte del amplificado, se realizó en gel de agarosa. Adicionalmente, empleando un reportero fluorescente, se evaluó el corte por espectrofotometría y confirmación visual bajo luz ultravioleta. Los resultados revelaron una eficiente capacidad de clivaje con la guía del gen Cytb, permitiendo una determinación efectiva y sensible incluso en concentraciones bajas como por ejemplo 1 ng/uL del amplificado. En contraste, en las pruebas en ADN sin preamplificación no hay evidencia del corte. El sistema CRISPR/LbCas12a con amplificación por PCR demuestró ser efectivo para la detección de Trypanosoma cruzi en el vector Rhodnius pallecens. Para que el sistema sea asequible a cualquier necesidad de laboratorio se sugiere la implementación de técnicas de amplificación isotérmica que permita reducir el tiempo de detección y la necesidad de equipamiento técnico.
Estandarización para la micropropagación en palmarosa (Cymbopogon martinii)
(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-15) Saavedra Rivero, Duban Marino; Garzón Gutiérrez, Luz Nayibe; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
Los aceites esenciales, son ampliamente utilizados por diversas industrias para la fabricación de fármacos, alimentos y cosméticos. Cymbopogon martinii (palmarosa), es una planta de interés ya que presenta diversas utilidades y en un país como Colombia tiene viabilidad económica. Sin embargo, se requiere de un flujo constante de material vegetal, pero la especie presenta una alta variabilidad debido a su reproducción alogama. El cultivo de plantas in vitro es un conjunto de técnicas que permite entre otras ventajas, generar plántulas de forma constante y con altos índices de homogeneidad. Por ello, el objetivo principal de esta investigación fue la estandarización de un protocolo para la micropropagación en palmarosa. El material vegetal fue recolectado en el Centro Nacional de Investigaciones para la Agroindustrialización de Especies Vegetales Aromáticas y Medicinales Tropicales (CENIVAM). La micropropagación inició con la recolección de meristemos intercalares, provenientes de las plantas madre. En el procedimiento para la desinfección se realizaron dos tratamientos con los siguientes agentes desinfectantes: agua destilada y estéril, etanol al (70 %), benomilo (2 g/L), NaClO (1 %) y posteriormente, fueron sembrados en medios MS. Se obtuvo un porcentaje de desinfección del 88.9 %. Para la multiplicación y enraizamiento, se utilizaron citoquininas (BAP y Kin) y auxinas (ANA e IBA) respectivamente. Los mejores resultados para la formación de brotes fueron de (7.7 ± 4.1) y en las raíces fueron de (5 ± 1.7). Por otro lado, la fase de aclimatación ex vitro se realizó con dos tipos de sustratos, y se obtuvo un porcentaje de supervivencia del 77.8 %. Los resultados obtenidos indicaron que la micropropagación es una alternativa viable para la multiplicación de esta especie, con altos estándares de calidad. Además, constituye el primer reporte de estandarización in vitro para palmarosa en Colombia.
Evaluación de métodos de extracción de ADN y su efecto en la amplificación de marcadores moleculares de Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae) en Colombia
(Universidad Industrial de Santander, 2023-10-31) Valencia Rueda, Isabella; Holguín Aranzazú, Claudia María; Marchant Rojas, Sergio Andrés; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
El uso de herramientas moleculares ha permitido un avance significativo en el diagnóstico, monitoreo y control de plagas en cultivos agrícolas. Un paso fundamental para el éxito de estos procesos es el uso de métodos que permitan la identificación de especies de manera efectiva y a un bajo costo. La mosca del mediterráneo, Ceratitis capitata, es una plaga cuarentenaria reconocida a nivel mundial por su alta polifagia, atribuida principalmente a su alta capacidad de adaptación y dispersión. A pesar de la importancia de este insecto-plaga, en Colombia su diagnóstico en etapas larvales, y la realización de estudios poblacionales y filogenéticos son incipientes. Por este motivo, el objetivo de este trabajo fue estandarizar un método efectivo y eficiente para la extracción de ADN y amplificación de un marcador mitocondrial de C. capitata para las poblaciones de Colombia. Para esto, se comparó la efectividad del método de extracción CTAB con el kit comercial DNeasy en el aislamiento de ADN en cuatro tejidos (individuo adulto completo, cabeza-tórax, pata y estadio larval). A través de la visualización en geles de agarosa y la cuantificación del ADN, se encontró que ambos métodos de extracción son efectivos para la extracción de ADN de los diferentes tejidos, siendo el método CTAB más adecuado para obtener mayor cantidad ADN, mientras que el kit DNeasy permite una menor contaminación. Los dos métodos evaluados permitieron obtener producto PCR adecuado para secuenciación del marcador mitocondrial N4N5. Al considerar las ventajas del método de extracción utilizando CTAB con un bajo costo por muestra y alta efectividad, se recomienda el método CTAB para el estudio molecular de C. capitata en Colombia. Se espera que este estudio sea parte fundamental para el estudio genético de esta importante plaga a nivel nacional.
Identificación de biocatalizadores tipo fitasa en microorganismos aislados de suelo expuesto a heces de caprino
(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-13) Maldonado Pava, Julieth Camila; Castillo Villamizar, Genis Andrés; Hernández Torres, Jorge; Puentes Cala, Edinson Andrés; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
El fósforo es un elemento no renovable que constituye moléculas esenciales para el funcionamiento de los organismos. Los animales de cría monogástricos se alimentan con concentrados compuestos de diferentes granos ricos en fitato, un ácido orgánico compuesto de polifosfatos de inositol. Las enzimas capaces de hidrolizar el fitato son un grupo de fosfatasas llamadas fitasas. Los animales monogástricos carecen de estas enzimas, por lo cual, el fitato permanece intacto y es excretado en las heces. En consecuencia, el uso de fósforo inorgánico para la alimentación y el fitato excretado causan la eutrofización de los ecosistemas. Entonces, por su potencial biotecnológico, las fitasas representan una alternativa para solventar esta problemática. El presente trabajo tuvo como objetivo identificar biocatalizadores tipo fitasa a partir de microorganismos degradadores de fitato aislados en el municipio de Páramo, Santander, Colombia. Se aislaron 14 cepas potencialmente degradadoras de fitato de muestras de suelo contaminado con heces de caprino. Los candidatos se identificaron en medios con fitato como única fuente de fósforo y carbono. Con las secuencias del gen 16S rRNA los candidatos se identificaron en los géneros Klebsiella y Chryseobacterium. Los análisis de hibridación in silico y ANI de los dos aislados con mayor actividad indicaron una posible especie nueva para el género Chryseobacterium (GCEP-77) y la identidad de K. pneumoniae (GCEP-84). Además, se reportó, por primera vez, actividad fitasa en el género Chryseobacterium. A partir de una librería metagenómica y la purificación parcial de la enzima de K. pneumoniae (GCEP-84) se identificó una fitasa HAP periplasmática (G1Pasa). En general, la enzima demostró características similares a las reportadas para fitasas comerciales disponibles. Estos resultados demuestran el potencial de los suelos agroindustriales locales y la efectividad de continuar en la búsqueda biocatalizadores de interés.
Patrón de expresión del gen SoxC en una especie de onicóforo andino (Onychophora, Peripatidae)
(Universidad Industrial de Santander, 2024-10-22) Castillo Villamil, Lesly; Ramírez Pineda, Martha Patricia; Hernández Diaz, Nathaly; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
La familia de genes SoxC, que incluye Sox11, juega un papel crucial en la diferenciación y proliferación neuronal durante el desarrollo embrionario, siendo su expresión clave para la formación de estructuras sensoriales. El objetivo de este estudio fue investigar la expresión de Sox11 en embriones de onicóforos en diferentes estadios de desarrollo, con especial atención a su rol en la diferenciación del sistema nervioso central. Para ello, se emplearon técnicas de inmunofluorescencia utilizando un anticuerpo comercial, validado previamente con controles positivos en tejido nervioso de ratón. Los resultados muestran que la señal de Sox11 es débil o ausente en los primeros estadios embrionarios, pero aumenta progresivamente en los estadios IV, V y VI, donde se localiza principalmente en las regiones periféricas del cerebro y órganos sensoriales en formación. En el estadio VII, la expresión de Sox11 se concentra en la lámina anterior del cerebro, sugiriendo un papel en la diferenciación final de las neuronas sensoriales. Asimismo, se detectó una señal inusual en el citoplasma del nervio mandibular y el tejido oviductal materno, lo que plantea interrogantes sobre su regulación en contextos celulares no neuronales. En conclusión, este estudio proporciona evidencia de la dinámica espacial de Sox11 en el desarrollo de onicóforos, resaltando su importancia en la organización del sistema nervioso y sugiriendo posibles roles regulatorios adicionales en otros tejidos.
Validación de la expresión del Regulador de Información Silencioso 2 SIR2 en obreras y zánganos de Apis mellifera
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-04) Pardo Díaz, Luis Ariel; Martínez Pérez, Francisco José; Avendaño Vasquez, Leonardo; Fuentes Lorenzo, Jorge Luis
La especie de abejas Apis mellifera está distribuida a nivel global, lo cual la convierte en el insecto que más participa en la polinización. Las diferencias en las esperanzas de vida de las castas que componen las colonias de abejas son de gran interés científico, se ha hipotetizado que estas diferencias pueden ser causa de factores asociados al comportamiento o a epigenética. La familia de genes Sirtunas codifican proteínas desacetilasas de histonas dependientes de NAD+ y están implicadas en el silenciamiento de la transcripción. El miembro de la familia SIR2 está asociado a la esperanza de vida en eucariotas. La secuencia de este gen se encuentra reportada en el GenBank bajo el estatus predictivo, a su vez, tres posibles variantes de procesamiento del ARNm. Se hipotetiza que puede existir expresión cualitativamente diferente entre las castas obreras y zánganos de la especie A. mellifera asociada al procesamiento alternativo. El objetivo de esta investigación, es validar la expresión del SIR2 en obreras y zánganos. Se realizó un análisis in silico de los exones de las tres posibles variantes para establecer exones comunes y únicos, se diseñaron cebadores para recuperar el marco abierto de lectura por medio de RT-PCR y analizar los amplicones por medio de electroforesis y patrones de restricción. Se pudo amplificar un nuevo patrón de RT-PCR que fue expresado exclusivamente en zánganos cuyo tamaño no coincide con secuencias anotadas en el Genbank para SIR2 de A. mellifera. Se sugiere que este nuevo patrón puede ser producto del procesamiento alternativo, dado que se ha reportado en humanos variantes de tamaños similares en el homólogo SIRT1. Además, los insectos con una estructura social tan compleja difieren entre ellos mismo por causa epigenéticas. Por lo tanto, validamos por medio de RT-PCR que SIR2 si tiene expresión diferencial entre las castas de estudio de esta investigación.

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