Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas

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

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

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    A comprehensive view of aluminum stress in Oryza sativa from a systems biology perspective
    (Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2024) Sosa Arango, Chrystian Camilo; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto; García-Merchán, Víctor Hugo; Clavijo Buriticá, Diana Carolina
    El arroz es una de las especies vegetales más importantes para la alimentación humana y para el estudio de estreses abióticos como el inducido por aluminio. Este estrés genera problemas de rendimientos agronómicos en el cultivo de arroz al afectar el crecimiento radicular de las plantas en suelos ácidos. El arroz ha sido ampliamente estudiado en cuanto a la respuesta molecular ante el aluminio, esta respuesta es compleja ya que incluye diferentes aspectos como la detección del estresor, la activación de una señal de transducción en las células, para finalmente tener una respuesta de la planta. Recientemente, la biología de sistemas ha tomado relevancia para los estudios de estrés, ya que permite la integración de elementos que interactúan a diferentes niveles a través de la modelación matemática para capturar las propiedades emergentes de estas interacciones. Actualmente existe una falta de conocimiento, especialmente a nivel metabólico, sobre la respuesta molecular que se induce cuando el aluminio es absorbido por las raíces de la planta de arroz. Este vacío de información incluye el desconocimiento de receptores, señales de transducción, mecanismos moleculares y reacciones químicas específicas que inhiben el crecimiento radicular. Esta tesis ha estructurado un enfoque sistémico para caracterizar las respuestas moleculares desencadenadas en el arroz bajo condiciones de estrés por aluminio por medio de: (i) el diseño de un método computacional que implementa estrategias de genómica comparativa para obtener diferencias funcionales entre dos especies contrastantes, con el objetivo de identificar respuestas únicas en arroz, (ii) la implementación de una estrategia de aprendizaje de máquinas sobre el interactoma del arroz para predecir proteínas candidatas que podrían ser relevantes en la respuesta a aluminio, y (iii) el uso de una aproximación multicapa que permite modelar la respuesta molecular y metabólica del arroz ante condiciones aluminotóxicas. Los resultados obtenidos representan un avance en la perspectiva en que se estudia el estrés en arroz. Este trabajo de investigación identificó adaptaciones funcionales especificas a nivel de especie que están vinculadas con las respuestas fisiológicas del arroz el estrés por aluminio, de igual forma, se detractaron nuevas proteínas putativas, no descritas previamente en literatura, y finalmente, el desarrollo e implementación de enfoques computacionales que permiten modelar la respuesta molecular al aluminio a nivel regulatorio y metabólico. Los resultados obtenidos son consistentes con los reportados en literatura. Estos resultados podrían contribuir a la investigación del estrés vegetal mediante el uso de las herramientas generadas en este estudio.
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    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.
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    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.