Seminario de Biofísica

El Seminario de Biofísica se realiza los Jueves a las 13 horas en el Auditorio Juan Fernando Cárdenas Rivero", en la planta baja del edificio del Instituto de Física.

Responsables: Dra. Mónica Calera Medina y Dr. Roberto Sánchez Olea 

Información y contacto: Ing. Cristina Cázares Grageda

Programación del Semestre enero - junio 2019

Fecha Ponente Procedencia
24 de enero Yael Villaseñor UASLP
   

Resumen: 

La giardiasis es una enfermedad gastrointestinal de distribución mundial cuyo
parásito responsable es el protozoario Giardia lamblia. Se calcula que alrededor de
260 millones de nuevos casos de giardiasis se generan anualmente en todo el
mundo. Los grupos más afectados son el de inmunocomprometidos y el pediátrico.
En el grupo pediátrico, la manifestación clínica más grave es el síndrome de mala
absorción, donde la giardiasis genera retrasos significativos en el desarrollo físico
e intelectual del paciente. Los tratamientos actuales incluyen la administración de
un amplio grupo de antiparasitarios disponibles; sin embargo, la existencia de
cepas resistentes, el denominado “fallo al tratamiento” y los efectos adversos por el
uso de estos medicamentos, limitan su utilización. Lo anterior genera la necesidad
de desarrollar nuevas moléculas antigiardiásicas, así como la búsqueda de nuevos
blancos farmacológicos.
Hace algunos años identificamos que los inhibidores de la bomba de protones
gástrica (PPI por sus siglas en inglés) presentan actividad antigiardiásica, donde la
enzima glucolítica triosafosfato isomerasa de G. lamblia (GlTIM) es una de los
potenciales blancos farmacológicos. Por tanto, utilizamos el andamio molecular de
los PPI para diseñar y sintetizar nuevos compuestos, con el objetivo de
incrementar su capacidad antigiardiásica a través de la inactivación de la GlTIM.
Los datos demostraron que dos nuevos derivados de PPI (BHO2 y BHO3) tuvieron
mejor actividad antigiardiásica que el omeprazol a concentraciones micromolares,
pero sin efecto citotóxico en cultivos de células de mamíferos. Los nuevos
compuestos inactivan a la GlTIM a través de la modificación química del residuo
Cys222, promoviendo cambios en la estructura local de la enzima. Además, los
compuestos forman uniones al residuo de Cys de tipo C-S. En este estudio
demostramos que los PPI pueden utilizarse como andamios moleculares para el
diseño de mejores compuestos antigiardiásicos. Adicionalmente, proponemos un
nuevo mecanismo de reacción para los nuevos compuestos.

Procedencia: Instituto de Fisiología Celular, UNAM

Resumen

En pasadas décadas, el diseño de fármacos asistido por computadora (CADD
por siglas en inglés) se ha posicionado como uno de los enfoques más
útiles para guiar la investigación en etapas tempranas del desarrollo de
inhibidores. Particularmente, algoritmos de acoplamiento molecular han
sido ampliamente usados con el fin de identificar las posibles
interacciones moleculares, entre proteína blanco e inhibidor propuesto,
que pudieran dar sustento a la formación del complejo
Proteína-Inhibidor. Esta evaluación es realizada mediante funciones
evaluadores que relaciona patrones geométricos, de las moléculas
interactuantes, con valores de energía libre de enlace. Sin embargo, la
predicción exacta y precisa de la energía libre unión, junto con la
conformación del complejo, siguen siendo un problema abierto. En
consecuencia, los resultados de acoplamiento presentan una alta tasa de
falsos positivos. La alta complejidad del proceso fisicoquímico, junto
con la gran cantidad de información estructural disponible, hacen
atractivos el empleo de técnicas de aprendizaje de máquina para atender
el problema. En la plática, se revisarán brevemente los problemas
asociados con las funciones de evaluación actuales y se presentarán
resultados preliminares sobre la reducción de falsos positivos mediante
la implementación de algoritmos de aprendizaje de máquina.

Procedencia: Redox Biology Center & School of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences. University of

Nebraska-Lincoln. Lincoln, NE 68583

Resumen: 

Las exposiciones a agentes ambientales como los pesticidas y metales son consideradas como
factores de riesgo para el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad
de Parkinson (PD). Sin embargo, por si solo, ningún factor ambiental puede ser la causa única
por lo que se considera que el envejecimiento y la interacción de genes y exposiciones
ambientales contribuyen al daño neuronal de estas enfermedades. Sin embargo, los
mecanismos involucrados en la toxicidad de agentes xenobióticos ambientales no han sido
esclarecidos aún. Utilizando células neuronales dopaminérgicas nosotros evidenciamos que la
toxicidad del paraquat (pesticida asociado a la PD) y del manganeso (MnCl 2 , cuya exposición
también induce parkinsonismo) se ve aumentada en células que sobrexpresan la proteína
alpha(α)-sinucleina cuya mutación y acumulación es considerada como un biomarcador de la
PD. Al estudiar el metabolismo de la glucosa, el substrato energético más importante del
cerebro adulto, utilizando isotopos marcados (13C-glucosa) evidenciamos que la α-sinucleina
bloquea la glicólisis. Mediante ensayos enzimáticos y de immunoprecipitación, determinamos
que la α-sinucleina bloquea la actividad de la aldolasa, lo que aumenta el flujo de carbonos a la
via de las pentosas fosfato y también inhibe el metabolismo mitocondrial, lo q explica el
incremento en la toxicidad del paraquat y el MnCl 2 , respectivamente. Adicionalmente, la
inhibición de la cinasa que se activa por AMP (AMPK) señalización también aumento la
interacción toxica entre α-sinucleina y el paraquat o el manganeso. Nuestros resultados
demuestran por primera vez un mecanismo común por el cual la α-sinucleina aumenta la
toxicidad de agentes tóxicos ambientales exponiendo un mecanismo de interacción gen-
ambiente con potencial de ser evaluado como blanco en futuros acercamientos terapéuticos.

Procedencia: Imagen Molecular Aplicada y Hospital Ángeles San Luis


Resumen:
La medicina nuclear es la única rama de la medicina que usa fuentes
radioactivas abiertas con fines diagnósticos y terapéuticos. Hevesy estableció en
1923 el principio del uso de sustancias radioactivas (“trazadores”) para la
evaluación de procesos biológicos; resulta difícil imaginar que este y otros
descubrimientos, tales como los rayos X por Roentgen, la radioactividad por
Becquerel, la glucólisis anaeróbica en las células tumorales por Warburg y la
solución a la transformada de Radon para la reconstrucción tomográfica un día se
conjugarían para darnos una de las más poderosas tecnologías médicas: la
tomografía por emisión de positrones (PET).
El PET es una técnica de imagen que puede ser fusionada con imágenes
de tomografía computarizada o resonancia magnética, creando imágenes
“híbridas”, que nos permiten conocer tanto el detalle anatómico como el
comportamiento molecular en un estudio de imagen. Así pues, el PET resulta de
suma utilidad en múltiples disciplinas, particularmente en cardiología y
neuropsiquiatría. Sin embargo, es en oncología donde se ha encontrado su mayor
rendimiento por la exigencia de precisión para el diagnóstico y la estadificación del
paciente con cáncer.
El desarrollo de las técnicas de imagen molecular ha traído consigo el
advenimiento de nuevas opciones terapéuticas con herramientas moleculares que,
por su comportamiento, han sido denominadas agentes teragnósticos. Es así
como hemos sido testigos y partícipes del nacimiento y la evolución de la terapia
radiometabólica molecularmente dirigida; sin duda alguna, cada vez nos
encontramos más cerca de la medicina personalizada gracias a la conjunción de
múltiples disciplinas.

Procedencia: Weizmann Institute of Science

Resumen: 

Post-transcriptional regulatory processes may change transcript levels and affect cell-to-cell variability or noise. We study small-RNA regulation to elucidate its effects on noise in the iron homeostasis network of Escherichia coli. In this network, the small-RNA RyhB undergoes stoichiometric degradation with the transcripts of several target genes, as well as upregulates the translation of other target genes, in response to iron stress. Using single-molecule fluorescence in situ hybridization (smFISH), we measured transcript numbers of RyhB-regulated genes in individual cells, as a function of iron deprivation. We observed a monotonic increase of noise with iron stress, but no evidence of theoretically predicted, enhanced stoichiometric fluctuations in transcript numbers, nor of bistable behavior in transcript distributions. Direct detection of RyhB in individual cells shows that its noise is much smaller than that of these two targets, when RyhB production is significant. A generalized stochastic, two-state model of bursty transcription that neglects RyhB fluctuations describes quantitatively the dependence of noise and transcript distributions on iron deprivation, enabling extraction of in vivo parameters such as RyhB-mediated transcript degradation rates. The transcripts’ threshold-linear behavior indicates that the effective in vivo interaction strength between RyhB and its two target transcripts is comparable. Visualization of various transcripts by smFISH and super-resolution microscopy indicates that their subcellular localization is not significantly affected by iron stress. The results do not support predictions of a theoretical model that claims that excluded volume effects favor transcript localization at the cellular poles.

Procedencia: Jefe del Laboratorio de Bioquímica Genética
Subdirector de Investigación Médica
Instituto Nacional de Pediatría

Resumen:

En nuestro Laboratorio estamos interesados en el desarrollo de nuevos fármacos
utilizando diversas estrategias. En está charla abordaremos dos de ellas que hemos
utilizado para desarrollar fármacos dirigidos contra el parasito intestinal Giardia lamblia. G.
lamblia es un protozoo que presenta reductos mitocondriales conocidos como mitosomas
los cuales no realizan fosforilación oxidativa. Dada esta particularidad, la glucólisis es la
principal fuente de energía en este parasito; por lo tanto, las enzimas de esta vía se han
considerado blancos farmacológicos factibles. En la primera parte de la plática discutiré
un método desarrollado por nosotros para identificar sitios blanco con potencial
farmacológico utilizando a la fructosa 1,6-bifosfato aldolasa de G. lamblia como modelo, y
los resultados obtenidos hasta el momento que avalan la factibilidad de nuestro abordaje.
En la segunda parte, abordaré el reposicionamiento farmacológico del disulfiram como un
inactivador selectivo de la triosafosfato isomerasa parasitaria, sus propiedades giardicidas
in vitro y sus perspectivas como antigiardiásico in vivo. Finalmente, mencionaré
brevemente otros abordajes utilizados en el laboratorio relacionados con el desarrollo
farmacológico, con el fin de brindar una perspectiva amplia sobre este tópico.

Procedencia: Cátedra CONACyT- UIMZ-IMSS

Resumen: 

La artritis reumatoide (AR) es una enfermedad autoinmune, sistémica, crónica,
bilateral y progresiva. Esta enfermedad se caracteriza por una inflamación sinovial
exacerbada, la destrucción del cartílago y hueso, causando deformación de la
articulación que lleva a una progresiva incapacidad física. Entre las vías de
señalización que han sido involucradas en esta patología podemos incluir a Wnt.
Esta vía comprende a una familia de glicoproteínas que son secretadas y
funcionan como ligando de receptores de superficie celular llamados Frezzed
(Fzd), además de proteínas solubles reguladoras que pueden interaccionar tanto
con las proteínas Wnt como con los receptores. Algunos de estos reguladores han
mostrado incremento en su expresión en AR. Nuestro grupo de trabajo se ha
enfocado en la exploración de la expresión de los reguladores para establecer su
participación en la fisiopatología de la enfermedad y explorar su posible uso como
biomarcadores de diagnostico temprano de AR.
Dkk1 y Esclerostin son dos reguladores muy estudiados y que han sido
relacionados con la pérdida ósea en AR. Nosotros hemos explorado la
participación de estos reguladores durante la fase preclínica de la enfermedad en
donde hemos identificado que el regulador Dkk1 esta siendo sobre regulado
durante esta fase, lo que implicaría el inicio del daño articular inclusive antes del
inicio de síntomas. Adicionalmente, los resultados muestran que el regulador
Sclerostin tendría una participación mas tardía durante el establecimiento de la
enfermedad.
Por otra parte se ha explorado la posibilidad de usar estos reguladores como
biomarcadores diferenciales de enfermedades reumáticas, por lo que se ha
monitoreada su expresión en Lupus Eritematoso Sistémico (LES). Los resultados
nos llevan a proponer el uso de los reguladores SOSTDC y SFRP1 como
biomarcadores de diagnostico de LES.

Resumen:
Las aldehído deshidrogenasas dependientes de NAD(P)+, comprenden una de 
las familias de proteínas más antigua que se encuentra presente en todos 
los dominios en que se distribuyen los seres vivos. Participan en una 
amplia variedad de vías metabólicas oxidando de manera irreversible, 
diversos aldehídos tanto endógenos como exógenos. Sin embargo, son 
muchas las interrogantes que aún prevalecen alrededor de esta familia de 
proteínas. Actualmente se conocen más de 50 mil secuencias de proteínas 
pertenecientes a esta familia, y cerca de mil estructuras 
cristalográficas distintas, lo que constituye una base sólida a partir 
de la cuál analizar desde una perspectiva evolutiva las presiones de 
selección que moldearon sus propiedades y el papel metabólico que 
desempeñan en diferentes organismos. En este seminario, se discutirán 
las conclusiones que a lo largo de una década, hemos alcanzado 
estudiando esta familia de proteínas.

 

Procedencia: U. Monterrey

Resumen: 

En la  primera parte de la charla se expondrán diferentes resultados 
experimentales del nado de robots magnéticos inspirados en bacterias 
como la E. coli  y células como el espermatozoide humano. Los robots son 
controlados de forma inalámbrica utilizando un arreglo de bobinas de 
Helmholtz energizadas con una fuente de corriente directa. La locomoción 
de los dispositivos robóticos ocurre a bajos números de Reynolds en 
diferentes fluidos newtonianos y no newtonianos. Los principales 
objetivos del estudio experimental se centran en: a) entender el efecto 
de algunos parámetros geométricos del robot sobre su desempeño de nado, 
b) revelar el efecto de la reología del fluido  sobre las 
características del nado.  En la segunda parte se presentan el diseño, 
caracterización y pruebas de un dispositivo mecánico compuesto por dos 
pinzas (cuyo cierre es activado por la contracción de un arreglo de 
bandas elásticas) para producir cavitación hidrodinámica. Este  
dispositivo de pinzas emula, por un lado, el proceso de cierre súbito de 
las tenazas del camarón "pistola", y por otro lado, la formación de 
estructuras cavitantes y de ondas de presión provenientes del colapso de 
las cavidades.

Procedencia: St. John Fisher College, Rochester NY

Resumen:
En los últimos 20 años el concepto de Lab-on-a-Chip ha ofrecido la 
oportunidad de miniaturizar procesos de experimentación, producción y de 
diagnósticos. Esta tecnología surge a partir de la industria de 
microprocesadores, haciendo uso de técnicas de fotolitografía e 
introduciendo el uso de polidimetilsiloxano (PDMS), un polímero orgánico 
elastomérico. El resultado son dispositivos que contienen redes de 
canales y compartimientos de dimensiones microscópicas, utilizados para 
controlar volúmenes de fluidos a escalas de micro- y nano-litros. Ademas 
de reducir volúmenes y tiempo de procesado y análisis, los chips de 
microfluidos ofrecen la oportunidad de explotar los fenómenos físicos 
encontrados a escalas submilimétricas, como el flujo laminar y capilar. 
Las aplicaciones de la teoría de microfluídica son variadas y se pueden 
encontrar, por ejemplo, en los campos de la química, bioingeniería, 
física y biotecnología. El area de la bioingeniería ha visto una 
explosión de aplicaciones de dispositivos de microfluidos en los últimos 
años. En particular, el desarrollo de dispositivos que simulan las 
funciones de tejidos y órganos prometen tener aplicaciones importantes 
en las areas de biología celular, ingeniería de tejidos y 
biofarmacología. A pesar de la versatilidad y beneficios potenciales de 
estas tecnologías, su adopción ha sido mas lenta de lo esperado. Una de 
las razones es el costo del equipo y materiales necesarios para fabricar 
dispositivos basados en técnicas litográficas, y que requieren el uso de 
tratamientos de plasma para adhesión y sellado. Al costo se añade el 
conocimiento necesario para el diseño y fabricación, así como el tiempo 
requerido para la modificación de prototipos. Con la intención de 
facilitar la adopción y uso de chips de microfluidos en laboratorios de 
investigación y en el aula, hemos desarrollado una técnica xurográfica 
que hace uso de materiales de bajo costo y laminación térmica. De esta 
manera es posible diseñar y fabricar dispositivos de buena calidad a una 
fracción del costo usual, de manera rápida y con instrucción mínima. 
PETLs (PET laminates) ofrecen una alternativa viable a chips de PDMS y 
prometen expandir el uso de dispositivos de microfluidos en la 
investigación, industria y la educación superior.