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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    Genómica funcional para la descripción de mutaciones germinales en el diagnóstico molecular del cáncer de colon y recto no seleccionado en población colombiana
    (2023-12-01) Rodríguez Salamanca, Juliana Valentina; Fonseca Mendoza, Dora Janeth; Morel, Adrien
    El cáncer colorrectal (CCR) es el tercer tipo de cáncer de mayor incidencia a nivel mundial, con altas tasas de mortalidad reportadas anualmente. A pesar de que la secuenciación de próxima generación (NGS) ha permitido caracterizar perfiles genómicos mutacionales en diversas poblaciones, la información específica sobre pacientes colombianos con CCR es limitada. El objetivo de esta investigación es identificar variantes germinales asociadas al CCR en dicha población, utilizando un panel de 206 genes que incluye tanto genes de paneles de diagnóstico clínico como genes candidatos obtenidos de estudios de literatura. La metodología empleada incluyó dos enfoques de clasificación: uno basado en las recomendaciones de la ACMG/AMP (American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology) para identificar variantes patogénicas y probablemente patogénicas (P/PP), y otro utilizando el modelo de inteligencia artificial BoostDM. Los resultados obtenidos revelaron tasas significativas de variantes patogénicas, con un 12% de pacientes con variantes P/PP y un 65% con variantes “oncodriver” identificadas mediante BoostDM. Estos hallazgos sugieren la importancia de utilizar un panel ampliado en la detección de variantes germinales y la consideración de adoptar e indagar en nuevas estrategias de clasificación de variantes. Entre las variantes P/PP, se identificaron tres variantes intrónicas en sitios de splicing en genes candidatos. La validación funcional de estas variantes mediante un ensayo de minigenes demostró la generación de transcritos aberrantes, debido a la alteración en el splicing. En conclusión, esta investigación proporcionó información valiosa sobre la presencia y frecuencia de variantes patogénicas en pacientes colombianos con CCR, usando un análisis genómico ampliado mediante NGS, utilizando dos enfoques bioinformáticos. Adicionalmente, se logró probar funcionalmente el efecto de tres variantes intrónicas de interés, que demostró la consecuencia molecular de estas y la potencial implicación a nivel de la proteína. En conjunto, este estudio contribuye al conocimiento del perfil genómico de pacientes no seleccionados con CCR en la población colombiana, generando nuevas perspectivas para la aplicación clínica y traslacional que busca la identificación temprana y la aplicación de estrategias que mejoren el pronóstico y supervivencia de los portadores de variantes de interés. Para nuestro conocimiento, esta corresponde a la primera aproximación en el país que aborda esta estrategia en pacientes no seleccionados con CCR.
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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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    El aumento de temperatura puede favorecer la llegada de plagas de cultivos a los ecosistemas de alta montaña. Caracterización molecular y evaluación del efecto de la temperatura en el desarrollo de Mythimna unipuncta del Páramo Matarredonda
    (2023-06-19) Torres Quintero, Paula Alexandra; Salazar Clavijo, Camilo Andrés; Lasso, Eloisa; Genética Evolutiva, Filogeografía y Ecología de Biodiversidad Neotropical
    Los páramos son ecosistemas tropicales de alta montaña que se encuentran distribuidos por la zona andina ecuatorial. Dichos ecosistemas son depósitos críticos de agua para las ciudades vecinas, reservas cruciales de carbono e importantes focos de biodiversidad. A pesar de su importancia, actualmente estos están amenazados por factores como el cambio climático y la pérdida de vegetación nativa a causa de especies invasoras. Observaciones recientes sobre las poblaciones de la especie nativa Paepalanthus columbiensis en el páramo de Matarredonda en Colombia, indican que una polilla desconocida se está alimentando fuertemente de estas plantas. En esta investigación, se utilizaron códigos de barras moleculares (amplificación COI) y se identificó que los insectos larvales que atacan estas plantas corresponden a la especie Mythimna unipuncta (Lepidoptera: Noctuidae), la cual se ha descrito anteriormente como una plaga mundial de cultivos con gran capacidad de dispersión que no sobrevive a temperaturas inferiores a 15°C. Dada su biología es probable que sea una plaga cuyos patrones de dispersión se vean afectados por el aumento de la temperatura ambiental debido al cambio climático. Para explorar más a fondo esta posibilidad, se realizó un análisis filogeográfico del gen mitocondrial COI de 36 especies del género Mythimna junto con el estudio del efecto de la temperatura en el desarrollo de larvas y la tasa de supervivencia bajo tres tratamientos: 30°C día/ 20°C noche, 25°C día/15°C noche y 20°C día/10°C noche. Se encontró que la temperatura de desarrollo óptima de la especie es 25°C y que los individuos de Matarredonda se encuentran genéticamente diferenciados de los individuos de la misma especie de otras localidades, se logró estimar un evento de expansión reciente en la población de Matarredonda (hace aproximadamente 44,000 años) de un único haplotipo que posiblemente proviene de América del Norte. Estos resultados pueden indicar que la llegada y dispersión de larvas de Mythimna en el páramo podría ser consecuencia del aumento de temperatura provocado por el cambio climático. Serán necesarios futuros estudios para dilucidar el impacto de esta plaga sobre la vegetación del páramo y los servicios ecosistémicos que proporcionan.
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    Acceso Abierto
    Caracterización de comunidades virales en muestras fecales de bovinos de la provincia de Ubaté, Cundinamarca, Colombia
    (2023-06-09) Medina Velasquez, Julián Esteban; Ramírez, Juan David; Castañeda, Sergio; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    Las infecciones virales pueden repercutir sobre la salud del ganado bovino con consecuencias que trascienden a la productividad económica, la salud humana y de otros animales. La identificación de los virus presentes en las heces, una de las principales rutas de transmisión de patógenos, contribuye a la elaboración de planes de prevención, control y vigilancia. Las aproximaciones de metagenómica viral brindan un panorama más amplio y tienen un gran potencial a la hora de detección de virus desconocidos o la sugerencia de agentes no descritos anteriormente. Por esta razón, en este trabajo se caracterizaron las comunidades virales de muestras de materia fecal de bovinos de uno de los epicentros de la ganadería en Colombia (La Provincia de Ubaté) mediante secuenciación de tercera generación (Oxford Nanopore Technologies). Describimos el viroma de muestras de heces de bovinos a partir de un muestreo no probabilístico a conveniencia de 42 muestras provenientes de tres municipios de la Provincia de Ubaté, Cundinamarca. Utilizamos un enfoque de secuenciación metagenómica con tecnologías Oxford Nanopore junto con análisis de diversidad y filogenéticos. Se demostró una composición viral homogénea y estable entre municipios, predominada por miembros de la familia Picornaviridae. A nivel de especie los virus más abundantes fueron el Enterovirus E (EVE) y el Astrovirus Bovino (BoAstV). Notificamos por primera vez en Colombia virus de importancia veterinaria con frecuencias significativas: EVE (59%), KVB (52%) y BoAstV (19%), además de la confirmación de CRESS Virus en heces de animales. El viroma de las heces de bovinos en la Provincia de Ubaté se caracteriza por la predominancia de virus potencialmente patógenos que han sido reportados con prevalencias y cantidades considerables. Varios de estos virus se reportan por primera vez en Colombia. Este estudio evidencia la utilidad de la implementación de técnicas de secuenciación metagenómica en la vigilancia epidemiológica. Se sientan bases para futuras investigaciones sobre los efectos de estos agentes en la salud de los bovinos y su prevalencia en el país, contribuyendo al control y prevención de enfermedades infecciosas.
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    Restringido
    Efecto de la Peroxidación Catalítica en Fase Húmeda activada por una Arcilla Pilarizada con Al/Fe sobre la viabilidad de Quistes de Giardia Intestinalis en agua superficial del río Pasto
    (2023-05-18) Reina Hidalgo, Ariana; Galeano, Luis Alejandro; Ramírez González, Juan David; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    Giardia intestinalis es un parásito protozoario con distribución global, que infecta amplia gama de hospederos vertebrados. Tiene dos estadíos de vida, los trofozoítos (forma replicativa) y los quistes (forma transmisible e infectiva) que se encuentran en el agua y alimentos contaminados. En este estudio se monitoreó el ARNm de quistes, como respuesta a la desinfección de agua superficial por Peroxidación Catalítica en Fase Húmeda (PCFH) activada por un catalizador de arcilla pilarizada con Al/Fe (Al/Fe-PILC); PCFH es un Proceso de Oxidación Avanzada (POA) evaluado en este estudio para la eliminación de quistes que exhiben alta resistencia a la cloración y otros métodos convencionales de desinfección. Los quistes de G. intestinalis (cepa WB, ensamblaje A) se cultivaron in vitro; se extrajo ARNm (1 x 105 quistes/mL) y se estandarizó un análisis de RT-qPCR para su detección y cuantificación utilizando los marcadores moleculares 18S-ARNr y β-giardina. Los experimentos catalíticos se realizaron en un reactor semi-continuo de 1 L utilizando agua superficial del río Pasto (Colombia) y se doparon con 100 quistes equivalentes Giardia/L teniendo en cuenta los factores experimentales de pH (6,0 y 7,0) y concentración de hierro activo del catalizador sólido (100 y 300 mg/L). Todos los experimentos catalíticos causaron pérdida de viabilidad de quistes de al menos 4 Log (99,99%); además, hasta alrededor del 35 % del Carbono Orgánico Disuelto (COD) y el 30 % del Nitrógeno Total Disuelto (NTD) se mineralizaron usando una dosis baja de peróxido de hidrógeno (0,037 mg H2O2/mg Fe.mg activo COD) en condiciones ambientales de temperatura (11 °C) y presión (73 kPa). El análisis de varianza mostró que la concentración de Fe activo (mg/L) ejerció un efecto significativo sobre la eliminación de quistes de G. intestinalis, la eliminación de COD y la fracción de H2O2 reaccionada (p < 0,05 con 95 % de nivel de confianza). Por su parte, en la optimización estadística de respuesta múltiple se obtuvo un valor de 0,95 para la función Deseabilidad, donde todas las respuestas alcanzaron el óptimo cuando la concentración de Fe activo fue de aproximadamente 80 mg/L y el pH 6,0. El pH no tuvo efecto significativo en los experimentos catalíticos. Este enfoque podría permitir a corto plazo monitorear a bajo costo la presencia de quistes de Giardia en el agua, así como prevenir la propagación de enfermedades infecciosas que son un problema de salud pública al complementar la desinfección convencional del agua con la PCFH en presencia de Al/Fe-PILC.