Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas

Permanent URI for this collection

https://vitela.javerianacali.edu.co/handle/11522/966

Browse

Browsing Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas by Author "Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto"

Now showing 1 - 3 of 3
  • Thumbnail Image
    Item
    DNA methylation patterns associated with aluminum tolerance in cultivated and wild rice species
    (Pontificia Universidad Javeriana de Cal, 2023) Gallo Franco, Jenny Johana; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto
    Las plantas son organismos se siles que se enfrentan constantemente a condiciones bio ticas y abióticas estresantes que deben combatir para poder sobrevivir. Para ello, han desarrollado diversas estrategias que involucran enfoques gene ticos, moleculares y fisiológicos. Recientemente, ha surgido un gran interés en el estudio del papel de la epigenética en la respuesta de las plantas a las condiciones de estrés. Las modificaciones epigenéticas, que incluyen alteraciones en el ADN o proteínas histonas, pueden afectar la expresión de los genes de manera potencialmente estable y heredable, sin afectar la composición del ADN. Aunque existen diversos estudios del papel de la epigenética en la respuesta a estrés por parte de las plantas, aún existen grandes vacíos alrededor del tema con la mayoría de los estudios enfocados en algunas especies o en condiciones de estrés específicas. Esta disertación doctoral estudia el papel de la metilación del ADN, uno de los mecanismos epigenéticos más estudiados, en relación con los niveles de tolerancia a estrés por aluminio en plantas de arroz. Esta investigación aborda el problema propuesto a través de varios enfoques: (i) evaluación de marcas epigenéticas preexistentes en genotipos tolerantes y susceptibles de Oryza sativa y Oryza glumaepatula, así como cambios en la metilación del ADN generados en respuesta a la exposición al Al (ii) Evaluación de la expresión diferencial de genes de respuesta al estrés por aluminio; y (ii) correlación de los patrones de expresión ge nica con los cambios en los niveles de metilación del ADN en respuesta al estrés. Los resultados de este estudio representan bases fundamentales para el entendimiento de la epigenética como un factor clave en la respuesta de las plantas a estrés por condiciones abióticas. A partir de estos resultados también se plantean nuevo interrogantes y retos para futuras investigaciones en el campo científico.
  • Thumbnail Image
    Item
    Exploración de los mecanismos moleculares relacionados con el rol antioxidante y el potencial antiproliferativo de extractos obtenidos de subproductos de la industria azucarera
    (Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Molina Cortés, Andrea; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto; Tobar Tosse, Henry Fabián
    En un contexto social cada vez más orientado hacia el desarrollo sostenible, el uso racional de los recursos naturales y la minimización de impactos negativos al medio ambiente, la investigación aplicada ha experimentado un notable avance para abordar problemáticas relacionadas con la transformación de materias primas a nivel industrial y su inevitable generación de residuos. La incorporación de principios propios de la investigación científica ha conducido a la formulación de estrategias integradoras y holísticas para darle a estos materiales residuales una segunda oportunidad para ser aprovechados en función de sus potencialidades. En este marco de referencia, el presente trabajo doctoral está alineado con la creciente tendencia hacia la sostenibilidad y la revalorización de subproductos agroindustriales. A través de la implementación de un enfoque interdisciplinario que combina elementos de la química analítica, la biología celular, la biología molecular y la bioinformática, este estudio ofrece un valioso entendimiento de la versatilidad y el potencial terapéutico de dos subproductos aparentemente descartables de la agroindustria de la caña de azúcar: las melazas y las vinazas. Al evaluar las características fisicoquímicas y los efectos biológicos de extractos derivados de estas dos fuentes, se busca comprender los aspectos mecanísticos que podrían conferirles un importante valor científico con posibles aplicaciones futuras. En este sentido, el objetivo principal de esta investigación consistió en explorar los mecanismos moleculares subyacentes al rol antioxidante y al potencial antiproliferativo de extractos obtenidos a partir de la melaza y la vinaza de caña. Como primer paso para alcanzar este objetivo, se procedió a la caracterización fisicoquímica de ambos subproductos. Posteriormente, se sometieron a un proceso de extracción en fase sólida, del cual se derivaron dos fracciones por cada subproducto: una fracción metanólica, que se esperaba contuviera principalmente compuestos fenólicos (PCs), y otra fracción acuosa, en la cual estarían presentes compuestos inducidos por el calor (HICs). Cada fracción se caracterizó en términos de su contenido de compuestos antioxidantes totales, capacidad antioxidante in vitro y perfil de compuestos de interés. La identificación tentativa de estos compuestos se realizó aplicando técnicas de cromatografía líquida (LC) y de gases (GC) acopladas a espectrometría de masas de alta resolución (MS/MS). En consecuencia, los PCs fueron identificados en los extractos metanólicos por LC-MS/MS, mientras que los extractos acuosos se procesaron por GC-MS/MS para determinar su composición de compuestos volátiles generados térmicamente (HICs). Los resultados de esta caracterización fisicoquímica confirmaron que tanto la melaza como la vinaza de caña son ricas en diversos compuestos bioactivos. En las fracciones metanólicas se encontraron compuestos como el ácido p-cumárico, el schaftósido, el ácido clorogénico y el ácido feruloilquínico; mientras que en los extractos acuosos se identificaron compuestos como la DDMP, el 1-butoxi-2-propanol, el ácido isociánico, el 3,4-dimetoxifenol y la 1,6-anhidro-beta-D-glucopiranosa. A pesar de estas diferencias composicionales, los análisis demostraron que el tipo de subproducto no influyó significativamente en los contenidos de compuestos antioxidantes totales, por lo que estos hallazgos posicionan a la melaza y la vinaza de caña como materiales con cualidades antioxidantes comparables. Tras el análisis químico de los extractos, se realizó la determinación de sus efectos biológicos en un contexto celular específico. Para ello, se examinó la respuesta antiproliferativa de células NIH-3T3 tratadas con los extractos más sobresalientes del paso anterior. Como resultado de estos ensayos, se seleccionaron los cultivos celulares con la mejor respuesta diferencial a los tratamientos aplicados, y se realizó la respectiva evaluación de los cambios en los patrones de expresión génica. Para este fin, se realizó un estudio transcriptómico comparativo aplicando técnicas de secuenciación por RNA-Seq para identificar los transcritos diferencialmente expresados. Con los datos obtenidos se implementó un flujo de trabajo bioinformático que incluyó la anotación funcional de los genes basada en ontologías génicas, un análisis de enriquecimiento funcional mediante las rutas metabólicas de la base de datos KEGG, y un análisis de redes de interacción proteína-proteína. A través de esta metodología se evidenció una influencia notable de los extractos en la proliferación celular. A nivel molecular, los resultados revelaron modificaciones significativas y generalizadas en la expresión génica de procesos biológicos, componentes celulares, funciones moleculares, rutas metabólicas y redes de interacción proteica relacionadas con la matriz extracelular y la membrana citoplasmática. Algo destacable de estos hallazgos, fue que, aunque los conjuntos de genes diferencialmente expresados variaron en cada caso, se encontró que los extractos provenientes de ambos subproductos evaluados afectaron casi los mismos eventos celulares de una forma dependiente del tiempo. Posteriormente, se examinó la influencia de los extractos sobre marcadores moleculares característicos de los procesos de ciclo celular y apoptosis mediante análisis de expresión génica por qPCR. Como producto de estas pruebas se detectaron disminuciones significativas en la expresión de genes reguladores maestros del ciclo celular tales como CCNA1 y CCNB1, los cuales desempeñan un rol esencial en la progresión de las fases S, G2 y M. Aunque se observaron cambios en la transcripción de genes relacionados con la apoptosis, no fue posible confirmar que las células hubieran desplegado completamente una muerte programada por vía mitocondrial. Estos hallazgos, junto con la pérdida de viabilidad celular observada en los ensayos antiproliferativos, plantean la necesidad de emprender estudios adicionales para investigar otros tipos de muerte celular. Considerando las afectaciones observadas sobre el ciclo celular y la apoptosis en la línea celular NIH-3T3, se replicó un estudio semejante en células cancerosas de la línea HT-29. Los resultados obtenidos en este contexto neoplásico reflejaron similitudes significativas con los hallazgos previamente observados en las células no cancerosas; de aquí que se pudieran demostrar las propiedades antiproliferativas de los extractos para los dos entornos celulares estudiados. A la luz de los resultados globales de esta tesis doctoral, se ha proporcionado evidencia relevante que demuestra las posibilidades que las melazas y vinazas de caña pueden ofrecer como fuentes de compuestos biológicamente activos. La capacidad antioxidante inherente de estos extractos, respaldada por la presencia de PCs y HICs, sugiere su utilidad en la prevención del daño celular inducido por radicales libres. Adicionalmente, el impacto en la proliferación celular plantea perspectivas interesantes para el futuro diseño de terapias antiproliferativas, incluso en el ámbito oncológico. Aunque persisten interrogantes sobre los mecanismos tras los efectos observados, este estudio establece los cimientos para investigaciones posteriores en esta dirección. Finalmente, esta investigación demuestra lo prometedor que puede resultar el uso de subproductos industriales para aprovechar sus cualidades como fuente de agentes bioactivos. Además de los beneficios ambientales y económicos que podrían derivarse de esta revalorización, los hallazgos obtenidos tienen el potencial de impulsar avances científicos significativos en los campos de la medicina y la biotecnología.
  • Thumbnail Image
    Item
    Exploring the macrophage response to leishmania infection: immunometabolism and pathway biocuration
    (Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2021) Murillo Silva, Julieth Irene; Gómez, María Adelaida; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto
    La Leishmaniasis es una inmunopatología de carácter pro-inflamatorio desarrollada como consecuencia de la infección con parásitos de Leishmania. Éstos residen y se replican en los macrófagos, células fagocíticas a cargo de la eliminación de microbios intracelulares. Como en toda infección microbiana de similar naturaleza, la resolución de la Leishmaniasis implica dos eventos claves. Primero, una activación transitoria de la respuesta pro-inflamatoria que potencie la función microbicida del macrófago, seguido de una respuesta amortiguadora que permita la expresión de los mecanismos reparadores de tejido. A esto le sigue una respuesta anti-inflamatoria a más largo plazo, que permite la expresión de los mecanismos de reparación tisular. En la infección sintomática con Leishmania, los procesos microbicidas en el macrófago no se activan eficientemente incluso en condiciones altamente proinflamatorias. ¿Qué explica la incapacidad del macrófago para responder a estas señales? En inmunopatologías análogas se conoce que los macrófagos tienen la capacidad de reprogramar manera de dinámica funciones inmunológicas y metabólicas después de su exposición a estímulos pro-inflamatorios. Éste fenómeno ha sido propuesto o estudiado en la Leishmaniasis. La principal hipótesis de mi trabajo de investigación doctoral es que en macrófagos infectados con Leishmania, rutas inmunometabólicas son reprogramadas de manera dinámica después estímulos pro-inflamatorios. Dependiendo del programa inmunometabólico, el macrófago favorece o no, la supervivencia del parásito. Mi trabajo derivó dos principales contribuciones científicas en este tema.A partir de datos de RNA-seq, análisis de enriquecimiento y una extensiva revisión de la literatura, caractericé las rutas involucradas en el inmunometabolismo del macrófago a las 24 horas de la infección con Leishmania. (2) Complementariamente, datos de transcriptómica y modelamiento matemático, me permitieron construir un modelo de la reprogramación que sufren rutas del inmunometabolismo del macrófago durante las primeras 24 horas de infección. En resumen, encontramos que: durante las primeras horas de la interacción Leishmania-macrófago, la célula hospedera activa una fuerte respuesta inflamatoria, así como oxidativa, evidenciada por la expresión de factores de transcripción, citoquinas, enzimas productoras de ROS (especies reactivas de oxígeno), entre otros. Adicionalmente, la bioenergética de la célula hospedera se sostiene principalmente en glicólisis, a diferencia de fosforilación oxidativa en mitocondria durante condiciones basales (sin infección). No obstante, mecanismos amortiguadores de éstas respuesta son en su mayoría activados paralelamente. Hacia las 24 horas de la infección, el macrófago presenta un perfil predominantemente antinflamatorio, anti-oxidativo y con una bioenergética de tipo basal. Éstas son precisamente las condiciones que favorecen la supervivencia del parásito. En el capítulo 1 ofrecemos una descripción detallada de las interacciones moleculares que sostienen este perfil. Esperamos que esta red molecular sirva como punto de partida para identificar nodos de intervención clave en la reversión de permisividad del macrófago a la infección. Adicionalmente, esperamos que la parametrización y estructuración del modelo matemático, discutido en el capítulo 2, motive tanto experimentos in silico como ex vivo/in vitro, para estudiar el sistema en presencia de estímulos pro-inflamatorios, factores moleculares secretados por el parásito, entre otros escenarios. Nuestro trabajo además tiene una tercera contribución científica. También nos propusimos abordar el problema de extraer información biológica significativa de los datos de RNA-seq en el contexto de la Leishmaniasis. Consideramos que muchos de los transcriptomas disponibles de macrófagos infectados con Leishmania están subexplotados para explorar mecanismos que trasciendan los mecanismos clásicos de estudio en la Leishmaniasis. Para esto, construimos el primer repositorio de rutas de señalización de importancia en la Leishmaniasis, en la base de datos publica Reactome. En el capítulo discutimos la importancia de estructurar la representación de procesos biológicos teniendo en la cuenta el contexto de la inmunopatología de esta enfermedad. Así, nosotros agrupamos rutas de señalización según su participación en: internalización del parásito, inducción de respuesta pro-inflamatorias e inducción de respuestas anti-inflamatorias que favorecen la supervivencia del parásito. Las rutas de señalización con las que inicializamos “Leishmania infection pathways” son de alta importancia en el control de la infección, con base en la literatura reciente. Tras reanalizar datos de transcriptómica previamente publicados,mostramos cómo nuestra base de datos potencia el discernimiento de mecanismos moleculares subyacentes a alguna de las categorías mencionadas, que no fueron reportados en los estudios originales. Por ejemplo, la ruta de señalización ADORA2B, contribuye al mantenimiento de un perfil antinflamatorio en macrófagos infectados con Leishmania. Esto es posible a través de la cascada de señalización que conduce a la producción de la interleucina 10. En general, esperamos que la comunidad científica en Leishmaniasis, haga uso y contribuya a la expansión de este repositorio, y así acelerar nuestro entendimiento de la biología de la infección. En conjunto, en este trabajo de investigación doctoral se integra el uso de herramientas computacionales y datos ómicos para realizar un análisis comprensivo de la respuesta del macrófago a la infección con parásitos de Leishmania.