Maestría en Ciencias Naturales

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La Maestría en Ciencias Naturales de la Universidad del Rosario, se orienta a formar investigadores de alto nivel, capaces de producir nuevo conocimiento y/o tecnología en respuesta a necesidades del planeta y la sociedad.
La maestría busca participar en el planteamiento de soluciones a problemáticas nacionales que requieran de la aplicación interdisciplinaria del conocimiento científico y, de esta manera, ser parte de la estrategia para lograr que Colombia esté en la frontera del conocimiento


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Examinando Maestría en Ciencias Naturales por Director "Muñoz Díaz, Claudia Marina"

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    Análisis del metagenoma y viroma del linaje tropical de la garrapata Rhipicephalus sanguineus sensu lato (s.l.) en los departamentos de Santander y Casanare en Colombia
    (2023-11-27) Páez Triana, Luisa Fernanda; Ramírez González, Juan David; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    Las garrapatas, reconocidas como vectores de gran relevancia a nivel mundial, se distinguen por su capacidad de transmitir una amplia gama de patógenos a diferentes especies de vertebrados. Entre estas garrapatas, se destaca Rhipicephalus sanguineus sensu lato (s.l.), conocida como la garrapata marrón de perro, que se considera de gran importancia tanto para la salud animal como humana. R. sanguineus s.l es una especie monotrópica, endófila y de tres hospederos, siendo notable por su amplia distribución global. Esta garrapata tiene la capacidad de transmitir diversos patógenos, ya sea como vectores mecánicos o biológicos, incluyendo bacterias, protozoos, hongos, nematodos y virus. Sin embargo, no son los únicos microorganismos significativos que conforman la microbiota de las garrapatas. En total, se pueden identificar tres comunidades ecológicas, tanto en el interior como en el exterior de R. sanguineus s.l. De esta manera, la microbiota de la garrapata está compuesta por patógenos transmitidos por ellas (causantes de enfermedades en humanos y animales), comensales y endosimbiontes. Estos últimos pueden aportar diversos beneficios a la garrapata, lo que incide en su aptitud biológica y, por lo tanto, en su abundancia. Para identificar estos microorganismos, en particular aquellos patógenos transmitidos por garrapatas, se han empleado múltiples metodologías. Esto incluye métodos tradicionales como el análisis microscópico, el cultivo y la amplificación de genes, junto con la secuenciación Sanger. No obstante, estos métodos tienen limitaciones, como su falta de sensibilidad y especificidad para un solo patógeno. Recientemente, la metagenómica mediante el enfoque de shotgun metagenomics ha ampliado estas técnicas, lo que permite identificar múltiples patógenos al mismo tiempo y también detectar otras comunidades ecológicas relevantes, como los endosimbiontes. Esta técnica se ha utilizado ampliamente para caracterizar el viroma de garrapatas, incluyendo R. sanguineus s.l, utilizando su ARN. A pesar de las ventajas que ofrece el shotgun metagenomics, este no ha sido aplicado en Rhipicephalus sanguineus s.l en Colombia, a pesar de su importancia como vector de enfermedades para la salud humana y animal en todo el mundo. Esta garrapata provoca impactos directos e indirectos en varios hospederos, incluyendo a algunos de gran relevancia económica, como el ganado, donde se destaca la transmisión de una diversidad de patógenos. Esta situación se agrava en Colombia, donde la mayoría de los patógenos identificados se han detectado mediante la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), lo que limita la amplificación a un número reducido de patógenos y no permite conocer el amplio espectro de patógenos que R. sanguineus s.l puede albergar. Esto conlleva a una falta de comprensión de los efectos que esta garrapata puede estar generando en animales domésticos y seres humanos en el país, especialmente en lo que respecta a posibles enfermedades de relevancia médica y veterinaria que podrían estar transmitiéndose. Esto incluye enfermedades como la fiebre manchada de las Montañas Rocosas, causada por R. rickettsia, la anaplasmosis granulocítica humana, causada por A. phagocytophilum, la enfermedad de Lyme producida por B. burgdorferi, y la babesiosis canina, principalmente causada por B. vogeli en Colombia. Debido a la falta general de conocimiento sobre esta garrapata en Colombia, así como su impacto en la transmisión de enfermedades y su diversidad de hospederos potenciales, surge la pregunta central: ¿Qué comunidades de microorganismos se pueden identificar en R. sanguineus s.l?. La realización de esta investigación nos permitió detectar organismos patógenos que circulan en el país a través de esta garrapata, contribuir al conocimiento general sobre los endosimbiontes y, sobre todo, avanzar en la comprensión del microbioma de R. sanguineus s.l. Considerando lo mencionado anteriormente, el objetivo general de este estudio fue analizar el metagenoma del linaje tropical de la garrapata Rhipicephalus sanguineus sensu lato (s.l.) en las regiones de Boyacá y Casanare en Colombia. Este objetivo se desglosa en dos objetivos específicos: 1. Describir la composición de las comunidades microbianas de ADN presentes en R. sanguineus s.l. mediante un enfoque metagenómico. 2. Analizar la composición de los virus de ARN presentes en R. sanguineus s.l. a través de la evaluación del viroma utilizando secuenciación con la tecnología de Oxford Nanopore. Cada uno de estos objetivos específicos corresponde a un capítulo independiente dentro de la tesis. En el primer capítulo de la tesis, se llevó a cabo una extracción de ADN de las garrapatas, que posteriormente se sometió a secuenciación por Novoseq 6000 de Illumina, con una capacidad de 6 gigabytes por muestra. Para el análisis bioinformático, se emplearon dos aproximaciones: una asignación directa de las secuencias (reads) y la generación de ensamblajes metagenómicos (MAGs). A través de estas técnicas, se identificaron microorganismos, incluyendo endosimbiontes y patógenos. Entre los microorganismos identificados, los tres más abundantes en términos relativos fueron Anaplasma phagocytophilum, Francisella tularensis y Theileria equi. Además, se logró la identificación de endosimbiontes pertenecientes a los generos Coxiella, Rickettsia y Wolbachia. En particular, se logró ensamblar MAGs para la especie Coxiella mudrowiae, lo que permitió realizar análisis de genómica comparativa y funcional. Además, se exploraron las correlaciones entre los diversos microorganismos identificados, destacando que C. mudrowiae presentaba correlaciones negativas con otros endosimbiontes y patógenos. En el segundo capítulo de la tesis, se realizó la extracción de ARN de las muestras, seguida de un proceso de eliminación de ARN de hospederos mediante el tratamiento RiboZero y un enriquecimiento viral mediante SMART9N. La secuenciación se llevó a cabo utilizando el dispositivo MinION de Oxford Nanopore. Se siguió un enfoque similar al del primer capítulo, asignando directamente las secuencias y generando MAGs para el conjunto de muestras, manteniendo restricciones geográficas y de sexos. Como resultado de esta investigación, se identificaron seis virus diferentes que conforman el viroma de esta especie de garrapata. Estos virus incluyen una especie similar al virus Flavi asociado a Rhipicephalus, el virus Mogiana de la garrapata, un virus de la familia Iflaviridae, el virus Jingmen de la garrapata, Bole tick virus 4 y Mivirus sp. Para dos de estos virus, se logró un ensamblaje exitoso, lo que permitió llevar a cabo análisis filogenéticos y comparativos basados en genomas disponibles de diferentes regiones del mundo.
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    Análisis Metagenómico del Viroma Intestinal en Pacientes Intrahospitalarios y de Unidad de Cuidados Intensivos de Bogotá, Colombia
    (2024) Ramírez Hernández, Angie Lorena; Ramírez González, Juan David; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El microbioma intestinal se encuentra ampliamente estudiado; sin embargo, el componente viral ha sido poco caracterizado a pesar de ser crucial en la homeostasis intestinal. Este estudio analizó el viroma intestinal de muestras fecales humanas (n=37) de pacientes en Unidad de Cuidados Intensivos – “UCI” (n=10), pacientes “hospitalizados” en servicios diferentes a UCI (n=13), y en individuos de “comunidad” saludables (n=14), utilizando secuenciación por Oxford Nanopore Technologies (ONT) e Illumina. En promedio, se obtuvo 161,855 lecturas por muestra usando secuenciación por ONT, de las cuales cerca del 0,03% correspondió a lecturas virales. Para el caso de Illumina, se obtuvo alrededor de 20.286.589 lecturas por muestra, donde alrededor del 0,1% fueron asignadas a virus. Se identificaron bacteriófagos del orden Caudovirales, incluyendo Myoviridae, Podoviridae y Siphoviridae como las principales familias virales. Aunque la mayoría de las familias virales se mantuvieron estables, se observó una disminución significativa de Microviridae en pacientes hospitalizados y de UCI, sugiriendo un desequilibrio asociado al ambiente intrahospitalario. De los profagos detectados en Genomas Ensamblados a partir de Metagenomas (MAGs) bacterianos, llamó la atención la presencia de dos familias virales (Myoviridae y Siphoviridae) en la misma especie bacteriana, Alistipes putredinis. Los resultados sugieren que las interacciones bacteria-bacteriófago pueden no ser siempre específicas de especie, destacando la complejidad de las interacciones microbianas en el intestino humano. Estos hallazgos representan una línea base hacia la comprensión de la influencia de un ambiente intrahospitalario en la composición del viroma intestinal. Se necesitan investigaciones adicionales que permitan comprender a profundidad cómo estos cambios pueden afectar la salud del hospedero, especialmente en entornos clínicos.
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    Caracterización de las comunidades microbianas en sangre, heces y fluidos orales de murciélagos neotropicales en Casanare, Colombia
    (2024-11-25) Luna Niño, Nicolás; Ramírez González, Juan David; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    Los murciélagos son conocidos como reservorios de una amplia variedad de microorganismos patógenos, incluidos virus, bacterias, hongos, helmintos y protozoos, los cuales pueden transmitirse e infectar a otros organismos zoonóticos. Diversos estudios han empleado técnicas de secuenciación de nueva generación (NGS) para describir los patógenos transmitidos por estos mamíferos. Aunque la mayoría han caracterizado comunidades microbianas en fluidos corporales específicos, pocos han analizado la composición y diversidad de estas comunidades en varios fluidos corporales de un mismo individuo. En este estudio, utilizamos dos plataformas de NGS: secuenciación basada en amplicones de la región hipervariable V4 de los genes 16S- y 18S-rRNA, y metagenómica viral, para describir las comunidades procariotas, eucariotas y virales presentes en muestras de sangre, heces e hisopados orales recolectados de dos géneros de murciélagos (Carollia y Phyllostomus) en el departamento de Casanare, al oriente de Colombia. Se procesaron y analizaron un total de 60 muestras correspondientes a los tres tipos de fluidos corporales. Los resultados mostraron que las comunidades microbianas de estos fluidos estaban compuestas principalmente por bacterias, hongos, protozoos y diversos virus de ADN y ARN, evidenciando una variabilidad en géneros y especies microbianas. Las abundancias, métricas de diversidad y correlaciones de estos microorganismos presentaron patrones asociados tanto al género de murciélago como a los fluidos corporales, lo que sugiere que las características ecológicas de estas comunidades microbianas pueden estar determinadas por los rasgos ecológicos y fisiológicos de los murciélagos. Además, se identificaron comunidades microbianas de bacterias, algunos géneros de hongos y virus compartidos en los tres fluidos, lo que indica una posible circulación de microorganismos dentro de un mismo murciélago. Esto podría deberse al movimiento de estas comunidades desde la microbiota intestinal a otros sistemas fisiológicos o por la transmisión mediante vectores hematófagos. Por otro lado, nuestros análisis revelaron la presencia de varios microorganismos de interés para la salud pública, como Bartonella spp., Mannheimia haemolytica, Rhodotorula spp., Piroplasmida spp., Toxoplasma gondii, Alphacoronavirus spp. y Bat circovirus. La abundancia de estas especies patógenas en los tres fluidos sugiere posibles vías de transmisión de los murciélagos a otros organismos, lo que podría contribuir a la aparición de brotes de enfermedades zoonóticas. Este estudio resalta la variabilidad de microorganismos presentes en un mismo murciélago y las diversas interacciones patógeno-hospedero que pueden regular la presencia y transmisión de estos microorganismos zoonóticos. Asimismo, destacamos la importancia de analizar las características genómicas, las interacciones ecológicas y las actividades biológicas de estas comunidades microbianas en los murciélagos.
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    Diversidad genética de Blastocystis en muestras animales y humanas de varios departamentos de Colombia empleando secuenciación completa del gen 18S rRNA (SSU rRNA) por Oxford Nanopore Technologies (ONT)
    (2023-11-29) Jiménez Jiménez, Paula Andrea; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Cruz-Saavedra, Lissa; Camargo, Anny; Ramírez González, Juan David; Ramírez González, Juan David; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    Blastocystis es un microeucariota intestinal que ha suscitado atención debido a su amplia distribución en animales y seres humanos. El riesgo de circulación zoonótica surge principalmente del contacto estrecho con animales infectados. Por lo tanto, el siguiente estudio tuvo como objetivo evaluar la diversidad y frecuencia de los subtipos de Blastocystis en muestras humanas y animales colombianas utilizando la secuenciación completa del gen 18S rRNA. Para este propósito, 341 muestras fecales humanas y 277 muestras fecales animales (de bovinos, ovinos, caprinos, cerdos, gatos y perros), fueron recolectadas de diferentes regiones colombianas y analizadas usando detección basada en PCR y secuenciación de próxima generación (NGS) del gen 18S SSU rRNA de longitud completa. Entre las 618 muestras de ambos huéspedes, humanos y animales, los resultados revelaron una frecuencia generalizada de Blastocystis, con un 48,09% (n=164) en humanos y un 31,4% (n=87) de detección en animales. Perros, gatos, ovejas, cerdos y animales salvajes dieron positivo, en consonancia con los patrones de prevalencia mundial. Además, se secuenciaron 29 muestras humanas y 23 muestras animales mediante tecnología ONT, a partir de las cuales se generaron 11 secuencias únicas de lectura larga que se agruparon con sus secuencias de referencia comparadas. La distribución de subtipos varió dentro de los hospedadores, detectándose ST1 y ST3 tanto en muestras humanas como animales. Los subtipos ST5, ST10, ST14, ST15, ST21, ST24, ST25 y ST26 se limitaron a hospedadores animales, algunos de los cuales se considera que tienen potencial zoonótico. Por otra parte, el ST2 se encontró exclusivamente en muestras humanas de la región de Bolívar. Se produjeron infecciones mixtas tanto en animales como en humanos, 60,86% y 27,58% respectivamente. Además, hasta donde sabemos, este es el primer estudio en Colombia que identifica ST15 en cerdos y ST25 en ovejas. Los subtipos (STs) identificados en este estudio indican que ciertos animales pueden servir como reservorios con potencial de transmisión zoonótica. La identificación de subtipos zoonóticos pone de relieve el uso de la secuenciación de nueva generación, ya que la profundidad y la resolución de las secuencias aumentan, lo que permite comprender mejor los ST de importancia médica y veterinaria. También revela la coexistencia de diversos subtipos entre hospedadores. Es esencial seguir investigando para comprender la dinámica de transmisión, las implicaciones sanitarias y las estrategias de detección de Blastocystis en animales y humanos, sobre todo por el papel de los animales como reservorios y su estrecha interacción con los humanos.
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    Do we need to change our perspective about gut biomarkers? A public data mining approach to identify differentially abundant bacteria in intestinal inflammatory diseases
    (2023-02-20) Vega Romero, Laura Camila; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El microbioma intestinal está involucrado en múltiples procesos de la fisiología del huésped, y las disrupciones en la homeostasis del microbioma se han ligado a enfermedades o infecciones secundarias. Dada su importancia, se introdujo el término biomarcadores, definidos como bacterias correlacionadas con estados de enfermedad, dietas y el estilo de vida del huésped. Sin embargo, el área de estudio de los biomarcadores intestinales sigue poco explorado dado que las comunidades asociadas a un estado de enfermedad particular aún no han sido exactamente definidas. Así, este estudio tuvo como objetivo identificar bacterias diferencialmente abundantes entre los sujetos con la enfermedad y sus controles. Por lo anterior, se analizaron datos públicos de estudios enfocados en describir la microbiota intestinal de pacientes con alguna enfermedad inflamatoria intestinal (cáncer colorrectal, enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa y síndrome de colon irritable), junto con sus respectivos controles. Algunas bacterias frecuentemente reportadas (Fusobacterium, Streptococcus y Escherichia/Shigella) presentaron una abundancia diferencial entre los grupos de estudio, exhibiendo una alta abundancia en pacientes con la enfermedad. Los resultados de las bacterias diferencialmente abundantes contrastan con lo reportado en estudios previos sobre ciertas enfermedades inflamatorias, no obstante, se resalta la importancia de considerar enfoques integrales para redefinir o expandir la definición de biomarcadores. Por ejemplo, la diversidad intra-taxa de una comunidad bacteriana debe ser considerada, así como factores ambientales y genéticos del hospedero, e incluso considerar una validación funcional de estos biomarcadores con experimentos in vivo e in vitro. Por lo anterior, estas comunidades bacterianas claves en la microbiota intestinal pueden tener un potencial como probióticos de siguiente generación o pueden ser funcionales para el diseño de tratamientos específicos para ciertas enfermedades intestinales
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    Metagenomic Analyses of Surface Waters and Wastewater in the Colombian Andean Highlands: implications in health and disease
    (2024-06-07) Urrea Messa, Vanessa del Pilar; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Ramírez González, Juan David; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El agua es un recurso esencial en nuestro planeta, especialmente en los entornos de agua dulce, fuente vital tanto para humanos, animales y ecosistemas; además es importante destacar que es un recurso limitado. Sin embargo, dichos entornos se han visto impactados significativamente por la contaminación y degradación generada por las actividades humanas. El objetivo de este estudio fue caracterizar el microbioma de aguas residuales y superficiales del Río Pasto, representando el primer panorama del estado actual de este recurso en las tierras altas andinas del suroeste de Colombia. Para lograr esto, realizamos análisis fisicoquímicos y microbiológicos tradicionales, incluida la detección de material genético de los parásitos protozoarios Giardia spp. y Cryptosporidium spp. Además, utilizamos tecnología Illumina para secuenciar las muestras para análisis metagenómicos. Estos análisis nos permitieron explorar el microbioma de las aguas residuales y superficiales a niveles taxonómicos y funcionales utilizando dos enfoques. El primer enfoque fue a partir de lecturas que revelaron las familias más abundantes en cada punto de muestreo, junto con especies que exhiben características patógenas potenciales, como Aeromonas media, y aquellas con roles potencialmente benéficos, como Polaromonas naphthalenivorans. También se identificaron marcadores moleculares de importancia en salud en cada punto de muestreo, incluidos marcadores de resistencia antimicrobiana como tetraciclinas y aminoglucósidos, así como factores de virulencia. El segundo enfoque involucró el ensamblaje de genomas a partir de metagenomas (MAGs), que condujo a obtener 270 ensamblajes de alta calidad y la identificación de 16 especies bacterianas, que incluyen especies reportadas en heces y nativas del cuerpo, para las cuales se obtuvieron sus perfiles funcionales. Este estudio proporciona información del estado actual del Río Pasto, que abarca tanto las aguas superficiales como las aguas residuales no tratadas, y ofrece una herramienta valiosa para evaluar los riesgos potenciales asociados con el reúso del agua y las implicaciones de la descarga directa de contaminantes en los cuerpos de agua.