Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biológicas
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El programa del Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biológicas tiene un enfoque multi-disciplinario que prepara a sus estudiantes para plantear soluciones innovadoras a grandes desafíos locales y globales para que nuestro desarrollo sea social, económica y ambientalmente sostenible.
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Examinando Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biológicas por Tipo "Tesis"
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Determinación del microbioma intestinal en pacientes con infección por clostridioides difficile adquirida en unidad de cuidados intensivos y comunidad(2023-05-15) Herrera Ossa, Giovanny Andrés; Ramírez González, Juan David; Muñoz Díaz, Claudia Marina; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)Clostridioides difficile (CD), es considerada como la principal causa de diarrea asociada al uso de antibióticos, la cual se asocia a una desregulación de la microbiota intestinal del hospedero, que afecta a los diferentes componentes de la microbiota, siendo el bacteriano el más ampliamente estudioado. Sin embargo, otros grupos de organismos, cómo virus y eucariotas, se han descrito como miembros fundamentales dentro del ecosistema intestinal, e incluso se destaca la función de loci clínicamente importantes, especialmente aquellos asociados con resistencia a antibióticos. A pesar de la gran relevancia de los miembros de la microbiota intestinal sobre la homeóstasis de dicho ecosistema, poco se conoce sobre su papel en el ámbito de la ICD, así como la influencia del lugar de adquisición de la diarrea sobre la composición (diversidad y abundancia) del microbioma, en especial en el contexto de las enfermedades inflamatorias intestinales. Por estas razones, este estudio se dirigió a determinar la composición del microbioma intestinal de pacientes con diarrea asociada a la ICD, adquirida en Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) y en comunidad, a través de la implementación de técnicas de secuenciación de alto rendimiento. Para esto, se seleccionaron 98 muestras de ADN provenientes de pacientes con diarrea adquirida en comunidad y a nivel intrahospitalario, tanto positivos como negativos para ICD, las cuales fueron sometidas a secuenciación de marcador único ARNr-16S y -18S. Posteriormente, se seleccionaron 48 muestras de este grupo inicial y fueron sometidas a secuenciación metagenómica. Inicialmente, se observaron cambios en la composición de la microbiota asociada a los grupos de pacientes con diarrea adquirida a nivel intrahospitalario (HCFO/+, HCFO/-) caracterizada por la disminución de microorganismos benéficos, sugiriendo la importancia del lugar de adquisición de la infección sobre la modulación del ecosistema intestinal. Así mismo, se observaron interacciones entre los diferentes miembros de la microbiota intestinal. La secuenciación metagenómica permitió evidenciar un grupo de 51 especies diferencialmente abundantes entre los grupos, con una reducción en los genes implicados en el metabolismo del butirato en los grupos de pacientes con diarrea adquirida a nivel intrahospitalario. Finalmente, se observaron microorganismos productores de acetato y butirato característicos para cada uno de los grupos, con diferencias marcadas tanto en sus abundancias como en sus perfiles de resistencia. Se destaca, además, el papel de los microorganismos asociados al metabolismo del butirato sobre el ecosistema intestinal en el ámbito de la ICD. Por su parte, el estudio de la microbiota de las garrapatas se ha convertido en una herramienta de gran utilidad en la vigilancia y control de las enfermedades transmitidas por garrapatas, las cuales se encuentran ampliamente distribuidas en el continente europeo, siendo un problema de salud pública, con especial énfasis en España, donde regiones como Castilla y León han presentado unas tendencias al aumento en las poblaciones de garrapatas así como en los reportes de picaduras. Por lo anterior, empleando el esquema de análisis para secuenciación profunda de marcador único generado en los apartados anteriores se realizó la descripción de 29 ejemplares de 5 especies de garrapatas duras recolectadas en dicha región encontrando diferencias en la composición taxonómica así como en las correlaciones entre los miembros de su microbiota, siendo este el primer estudio piloto realizado en dicho territorio - ÍtemAcceso AbiertoDiseño de una metodología in vitro para la evaluación de antígenos peptídicos candidatos a vacuna contra tuberculosis(2023-03-06) Carabalí Isajar, Mary Lilián; Ocampo Cifuentes, Marisol; Patarroyo Gutiérrez, Manuel AlfonsoPese a los esfuerzos mundiales por erradicar la tuberculosis, esta enfermedad persiste entre las primeras causas de muerte por un agente infeccioso a nivel mundial, aún por encima del VIH y superada sólo por el SARS COV-2, siendo la causa de muerte de 1,5 millones de personas en 2021. Lo anterior se suma a los crecientes casos de tuberculosis producto de cepas micobacterianas multirresistentes y extensivamente resistentes. La actual vacuna BCG, que es la única avalada por OMS, es ineficiente para conferir protección a la mayoría de la población frente a la forma más prevalente de la enfermedad. Mycobacterium tuberculosis es el principal agente causal de la tuberculosis y posee muchos mecanismos para evadir la respuesta inmune que despliega el hospedero como defensa frente a la infección; por tal razón, es preciso generar una vacuna que confiera una mejor respuesta a la actualmente obtenida con la BCG. Sin embargo, la falta de un modelo en donde se puedan evaluar los candidatos a vacuna y correlacionarlo con protección en humanos, ha sido una de las mayores limitantes en el desarrollo de dicha vacuna. De ahí que se están considerando los ensayos in vitro como una alternativa viable en esta tarea. Algunos de estos ensayos han permitido evidenciar la inhibición del crecimiento bacteriano intracelular, estudiándose tanto el efecto de la respuesta celular como de anticuerpos, citoquinas y quimioquinas efectoras involucradas en este proceso. Por otra parte, la Fundación Instituto de Inmunología de Colombia ha buscado antígenos candidatos para el diseño de una vacuna sintética antituberculosis, mediante una metodología robusta, lógica y racional, con la cual se han identificado péptidos derivados de proteínas de Mycobacterium tuberculosis que pueden estar involucrados en la interacción micobacteria-célula hospedera; no obstante, no se ha evaluado la inmunogenicidad de estos péptidos o de sus secuencias modificadas en cuanto al potencial protector contra Mycobacterium tuberculosis. Por lo tanto, el presente proyecto planteó realizar diferentes ensayos in vitro con células humanas, para evaluar la posible respuesta inmune protectora que pudieran conferir los péptidos candidatos a vacuna.
- ÍtemEmbargoEco-epidemiología, evolución y filogenética de la tribu Rhodniini: Vectores dela enfermedad de Chagas(2023-12-09) Hernández Castro, Diana Carolina; Ramírez Gonzalez , Juan David; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)La subfamilia Triatominae comprende 158 especies existentes y tres fósiles, esta subfamilia presenta importancia en salud pública, debido a que algunas especies son capaces de transmitir el parasito protozoario Trypanosoma cruzi, responsable de la enfermedad de Chagas, la cual es de gran impacto en países de Latinoamérica. Existen diferentes mecanismos de transmisión de la enfermedad, entre ellos se encuentran: la transmisión vectorial, transfusional, congénita, mediante trasplante de órganos, accidental en el laboratorio y la transmisión oral. Sin embargo, el principal mecanismo de transmisión es el vectorial, que se produce por el contacto de humanos con heces de triatominos infectados. El control vectorial requiere de varios aspectos clave para mitigar la transmisión de T. cruzi, entre estos la adecuada identificación de especies de insectos vectores, estudiar la dinámica de su distribución actual, delimitar claramente estás y aportar información como su adaptación a las diferentes variantes del parasito y hospederos, su historia evolutiva, sus patrones de diversificación, diferencias genéticas dentro y entre especies, así como la determinación del flujo genético y su posible aporte en la especiación y adaptación de estas a diferentes condiciones ambientales. Dentro de los principales vectores incriminados en enfermedad de Chagas se encuentran especies de la tribu Rhodniini, por ende, las medidas y estrategias de control actuales en su mayoría están dirigidas a varias especies de este grupo, a pesar de ello su panorama evolutivo y taxonómico no es claro, y por ende tampoco su impacto en su rol como vectores. Por lo anterior, esta tesis se encamina a describir características epidemiológicas (tasas de infección, preferencias alimenticias y DTUs: Unidades de tipificación discretas) de algunas especies de la tribu Rhodniini, determinar patrones filogenéticos y evolutivos en estas especies en una amplia distribución geográfica de Latinoamérica (Colombia, Brasil, Argentina, Venezuela, Panamá y Ecuador) mediante el uso y diseño de diferentes de herramientas moleculares. Nuestros resultados reconfirman el rol de las especies consideradas domiciliadas dentro de la tribu en las que se han detectado y muestran que existe el riesgo de que otras especies consideradas vectores secundarios o no vectores del parásito puedan involucrarse en escenarios de transmisión al huésped. Sumado esto a la complejidad taxonómica de la tribu pone en riesgo el éxito de los programas de control vectorial dirigidos a las especies generadoras de riesgo, por esto con nuestro estudio proporcionamos evidencia filogenética de la clasificación de la tribu en dos géneros, el estatus de algunas especies del grupo prolixus y las relaciones interespecíficas del grupo pallescens, aspectos que en conjunto son de gran importancia en el diseño de estrategias de control vectorial dirigido a dichas especies.
- ÍtemAcceso AbiertoEvaluación de la respuesta inmune frente a los potenciales candidatos a vacuna contra Plasmodium vivax PvRON2, Pv12, PvDBP y PvMSP1(2022-06-13) López Santana, Sonia Carolina; Patarroyo Gutierrez, Manuel AlfonsoLa malaria es una enfermedad infecciosa con altos índices de mortalidad alrededor del mundo. Ésta es causada por parásitos del género Plasmodium, siendo Plasmodium vivax la especie prevalente en el continente americano. En Colombia, para el año 2019 se reportaron 80.415 casos de malaria, de los cuales el 48.7% fueron causados por P. vivax, siendo los departamentos de Chocó, Antioquia, Nariño y Córdoba los de mayor incidencia. El control de esta enfermedad no se ha logrado, debido a la resistencia del parásito a los medicamentos empleados, a la resistencia a los insecticidas adquirida por el vector y a las políticas de salud deficientes. Ante esta situación, la vacunación es considerada como la mejor alternativa de prevención y con mayor potencial para reducir la morbilidad y mortalidad en las poblaciones afectadas. Dada la dificultad para realizar cultivos continuos in vitro de P. vivax, la mayor parte de la investigación en malaria se ha enfocado en P. falciparum. A pesar de esto, en los últimos años, la Fundación Instituto de Inmunología de Colombia (FIDIC) ha logrado caracterizar varias proteínas de P. vivax como posibles candidatos a vacuna; sin embargo, aún se desconoce la capacidad de la mayoría de estas proteínas, y de los epítopes derivados de ellas, para ser reconocidos por componentes de la respuesta inmune humoral y celular. Con el fin de profundizar en la caracterización de proteínas y/o péptidos como potenciales candidatos, la primera fase del estudio planteó la realización de ensayos de antigenicidad in vitro con muestras de individuos expuestos a la infección natural en áreas endémicas de Colombia. Para esto, los epítopes B y T fueron seleccionados in silico y la elección de epítopes T fue definida con ensayos de unión in vitro a moléculas HLA-DRβ, obtenidas a partir de líneas celulares linfoblastoides B humanas. Los individuos fueron elegidos de acuerdo con la expresión de alelos HLA-DRβ1* de frecuencia intermedia en las poblaciones blanco para una vacuna contra la malaria (HLA-DRβ1*04, *07, *11 y *13). Durante la segunda fase de este estudio, se evaluó la inmunogenicidad in vitro de péptidos nativos y modificados derivados de las proteínas. Para esto, se emplearon linfocitos T CD4+ vírgenes de individuos sanos con restricción a los alelos HLA-DRβ1* antes mencionados, estimulados con células dendríticas como células presentadoras de antígeno profesionales. Finalmente, se estableció que existe una correlación entre la capacidad de unión a moléculas HLA-DR y la inmunogenicidad de los péptidos modificados derivados de proteínas de P. vivax. Los resultados de este estudio generaron datos relevantes para futuros estudios de inmunogenicidad y protección en modelos experimentales, encaminados a la comprensión de los mecanismos de la respuesta inmune frente a P. vivax y a la generación de una vacuna efectiva contra la malaria.
- ÍtemAcceso AbiertoImagenología de las infecciones por Enterobacterales a través del estudio por Tomografía por Emisión de Positrones con 18F-Fluorodeoxisorbitol(2022-09-13) Wintaco Martinez, Luz Maira; Granados Oliveros, Ulises; Universidad Johns HopkinsLos Enterobacterales son un amplio grupo de bacterias Gram negativas, algunas especies forman parte del microbioma intestinal de los humanos y algunos animales. Actualmente, representan un problema para la salud pública y un reto en la práctica clínica diaria, debido al aumento de la resistencia a los antibióticos disponibles para su tratamiento y las altas tasas de morbilidad y mortalidad reportadas en todo el mundo. Este tipo de infecciones están íntimamente relacionadas con la Infecciones Asociadas Atención en Salud (IAAS) y representa un gran número de las mismas. Hasta el momento, el diagnóstico para estas infecciones bacterianas continúa siendo la identificación microbiológica que puede tardar entre 3 o 4 días, desde la obtención de la muestra biológica del sitio donde se sospecha la infección hasta su identificación. Sin embargo, esta metodología presenta algunas limitaciones como la necesidad de obtener una muestra clínica para aislar e identificar el agente causal de la infección, lo cual no siempre es posible o fácil de obtener; ya sea por desconocer la localización exacta del lugar de infección o por requerir procedimientos invasivos que representar más riesgos que beneficios para el paciente. Teniendo en cuenta lo anterior, urge la necesidad de desarrollar nuevos métodos de diagnóstico rápidos y específicos que permitan identificar las infecciones causadas por los Enterobacterales en un menor tiempo y con mayor sensibilidad. Por esta razón un grupo de investigadores identificó el radiotrazador 18F- Fluorodeoxisorbitol conocido como (18F-FDS); substrato metabólico específico para los Enterobacterales, el cual a través del operón srl conformado por 3 subunidades constituyen el sistema de fosfotransferasa dependiente de sorbitol, el cual permite el ingreso del sorbitol al interior de la bacteria para ser metabolizado vía glicolisis (1). Posteriormente experimentos (in vitro) utilizando diferentes familias de bacterias y líneas celulares eucariotas, permitieron determinar su absorción y establecer la especificidad para este tipo de bacterias, al igual que experimentos (in vivo) en un modelo de infección murino, permitieron distinguir correctamente los focos de infección causados por Enterobacterales de sitios con inflamación estéril e infecciones causadas por otros tipos de bacterias (2) . Posteriormente realizaron estudios de Tomografía por Emisión de Positrones (PET) y Tomografía Computarizada (TC) con 18F-FDS en personas sanas sin focos de infección para analizar su biodistribución y dosimétrica, obteniendo excelentes resultados que permitieron determinar la actividad radioactiva que se debe inyectar de 18F-FDS y garantizar el uso seguro en humanos (3). A partir de los anteriores resultados se planteó como un posible radiotrazador PET candidato para identificar focos de infección específicos originados por los Enterobacterales. Razón por la cual; el objetivo principal de esta investigación fue evaluar la utilidad diagnóstica del radiotrazador 18F-FDS utilizando la técnica PET/TC en 13 pacientes hospitalizados mayores de edad, con alta sospecha clínica de infecciones causadas por Enterobacterales, atendidos en la Fundación Cardiovascular de Colombia (FCV) entre los años 2018-2020, además evaluar la respuesta a la antibioticoterapia una vez finalizaran el tratamiento, mediante un segundo estudio de control PET/CT con 18F-FDS. Este estudio inicio con la estandarización de la síntesis del radiotrazador del 18F-FDS, a partir de la reducción química de 18- Fluorodexosiglucosa (18F-FDG); radiotrazador ampliamente utilizado en la práctica clínica diaria de la Medicina Nuclear, una vez culminada esta etapa se da inicio a la búsqueda de los participantes con alta sospecha de infección causada por Enterobacterales que cumplieran con los criterios de inclusión previamente definidos por el grupo de investigadores y aprobados por el Comité de Ética de la Fundación Cardiovascular de Colombia (FCV) para realizar los estudios PET/TC con 18F-FDS y finalmente, analizar cada una de las imágenes moleculares obtenidas de los participantes que permitiera localizar el lugar exacto de la infección junto con la confirmación microbiológica. Además, realizar un segundo estudio de control PET/TC con 18F-FDS post antibioticoterapia que evaluará la evolución de la misma. La correcta estandarización de la síntesis del 18F-FDS y el análisis preciso de las imágenes moleculares obtenidas mediante PET/TC permitieron identificar de manera rápida y específica los focos de infección formados por los Enterobacterales en los 13 participantes junto con la confirmación microbiológica y adicionalmente evaluar la respuesta al tratamiento antibiótico mediante un segundo estudio de control PET/TC con 18F-FDS que permitió ver el efecto de la antibioticoterapia y evolución de los focos de infección identificados inicialmente. Además, analizar en qué casos puede ser de mayor utilidad clínica la realización del estudio PET/CT con 18F-FDS para que en un futuro pueda ser implementado durante la práctica de la Medicina Nuclear (4). Los resultados producto de esta tesis permitieron (I) realizar la correcta síntesis de 18F-FDS a partir de 18F-FDG de manera rápida, segura con alta calidad radioquímica y microbiológica (II) Evaluar la utilidad clínica del radiotrazador 18F-FDS el cual mostró selectividad bacterial para identificar de manera rápida focos de infección causados por Enterobacterales en diferentes tejidos y microambientes del cuerpo, sin que se vea afectada su absorción por la localización de la infección, (III) Analizar mediante imágenes moleculares (in vivo) la evolución de los focos de infección causados por Enterobacterales después de la antibioticoterapia. Además, evaluar sus posibles aplicaciones clínicas tanto para el diagnóstico como para el seguimiento de las infecciones, (4) Describir la importancia clínica de las Infecciones Asociadas Atención en Salud y su relación con los Enterobacterales. Por último, es importante resaltar que este estudio es el primero en su clase realizado en el mundo; en donde se está evaluando la utilidad clínica del estudio PET/TC con 18F-FDS en humanos infectados por Enterobacterales, el cual será de referencia en el futuro para el desarrollo nuevos estudios clínicos con 18F-FDS y su implementación en Medicina Nuclear.
- ÍtemAcceso AbiertoWood strategies in a lowland rainforest of eastern Amazonia(2023-01-25) González Melo, Germán Andrés; Posada Hostettler, Juan Manuel Roberto; Grupo de Ecología Funcional y Ecosistémica (EFE)This thesis consists of six chapters: the general introduction (this chapter), four research chapters (chapters 2-5), and a synthesis chapter (chapter 6). I first focused on WSG and wood anatomical traits (chapter 2), then looked at wood chemical traits (chapter 3), and then combined data on wood traits and species demography to assess the links between traits and demographic rates (chapter 4). Finally, I examined the implications of within-stem variations in WSG on biomass estimations at both the species and stand level (chapter 5). It is well established that wood specific gravity (WSG) can vary substantially from pith to bark (Williamson & Wiemann, 2010), which can reflect ontogenetic shifts in hydraulic, mechanical and storage demands during tree development (Hietz et al., 2013). However, the wood anatomical traits underlying these radial variations in WSG are not well understood, particularly for angiosperm tree species from humid tropical forests. In chapter 2, I used a set of wood functional traits, measured along the stem radial profile, to explain the anatomical drivers of radial shifts in WSG. Wood nutrients are expected to play a central role in tree functioning and life-history variations among woody species (Martin et al., 2014; Heinemann et al., 2016). Yet, very few studies have investigated how wood nutrients are related to other wood functional traits, or how they vary radially within stems, or across species and ecological guilds. In chapter 3, I related wood nutrients (i.e., phosphorous, calcium, potassium and magnesium) to WSG and xylem parenchyma fractions ininner and outer wood, and evaluated nutrient resorption rates at the species and ecological guilds level. One central assumption in trait-based ecology is that traits can predict species demography (Shipley et al., 2016). However, the predictive power of most traits on tree demographic rates is in general low. This pattern may be explained by two reasons: the use of “soft traits”, which might not fully capture some plant functions (Yang et al., 2018), and the lack of consideration of size-related changes in both traits and demographic rates (Iida & Swenson, 2019). In chapter 4, I combined demographic rates (i.e., diameter growth and mortality rates) of trees of different sizes and “hard traits” (i.e., chemical and anatomical traits) measured at different radial positions to explain the associations between wood traits and species demography during tree development. Besides its functional significance, wood specific gravity is also an important predictor of above-ground biomass (AGB) and, consequently, of biomass growth rates (BGR) estimations. Although radial shifts in WSG may have considerable effects on AGB and BGR estimations, at both the species and stand level, most regional and local studies do not consider these possible effects. In chapter 5, I quantified species percentage errors in AGB and BGR estimations that resulted from not taking into account radial trends in WSG, and extrapolated these species percentage errors to the stand level. Finally, in the last chapter (chapter 6), I synthesized the results of this thesis, and discussed how they complement existing knowledge on trait-based ecology. Furthermore, I outlined the limitations of this study and proposed future research directions.
