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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    Successional dynamics, edaphic and microclimatic heterogeneity shape reproductive phenology, functional traits, and early-life community assembly in upper andean mountain forests
    (2025-12-05) Alvarez Garzón, Carolina; Posada, Juan Manuel; Grupo de Ecología Funcional y Ecosistémica (EFE)
    Los bosques secundarios dominan actualmente la cobertura boscosa tropical y almacenan una fracción sustancial del carbono y de la biodiversidad mundiales; sin embargo, su contribución a la mitigación climática y a la conservación depende de la trayectoria y la velocidad de la sucesión ecológica. Esta tesis examina cómo la fenología reproductiva, los rasgos de las semillas, los bancos de semillas del suelo y el reclutamiento de plántulas se articulan para determinar la regeneración a lo largo de un gradiente sucesional temprano–tardío en bosques tropicales montanos altoandinos fuertemente perturbados (2.600–3.200 m s. n. m.). Con base en censos fenológicos mensuales, ocho rasgos de semillas, cinco rasgos vegetativos y censos completos de semillas viables, plántulas y adultos de 64 especies leñosas en 20 parcelas, se propone un marco unificado que integra tres ejes de ensamblaje: (i) temporal, definido por la oferta estacional de semillas; (ii) funcional, que evalúa la coordinación entre rasgos de regeneración (semillas, fenología) y rasgos de la planta completa (hoja, madera, altura); y (iii) demográfico, que describe los filtros desde el banco de semillas del suelo hasta las plántulas establecidas. En este marco, el clima y los suelos actúan como filtros abióticos; la estructura filogenética recoge la historia compartida entre linajes y la distancia espacial representa la limitación a la dispersión. El primer capítulo prueba cómo varían los calendarios de floración y fructificación con la sucesión y el microclima local, e identifica ventanas de máxima lluvia de semillas clave para la regeneración y la recolección para viveros. El segundo capítulo evalúa si los rasgos de regeneración aportan información adicional sobre el ensamblaje de comunidades, más allá de los rasgos de hoja y madera, y cómo cambian las estrategias “rápidas” y “lentas” desde rodales tempranos hasta tardíos. El tercer capítulo cuantifica cómo la diversidad alfa y beta de bancos de semillas, plántulas y adultos responde a las condiciones del suelo, a la edad del rodal y a la distancia espacial en cuatro localidades altoandinas. En conjunto, la tesis afina la teoría sucesional para bosques montanos y aporta lineamientos aplicados para la restauración andina, incluyendo cuándo recolectar semillas, qué estrategias funcionales priorizar y en qué parcelas los bancos de semillas pueden sustituir —o deben complementarse con— plantaciones de enriquecimiento.
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    Drivers of leaf litter decomposition along a successional gradient in the upland Andes: linking environment, functional traits, biodiversity, and carbon cycling
    (2025-07-25) Castillo-Figueroa, Dennis; Posada Hostettler, Juan Manuel Roberto; Grupo de Ecología Funcional y Ecosistémica (EFE)
    Comprender los mecanismos que controlan la descomposición de la hojarasca es clave para explicar la dinámica del carbono en ecosistemas tropicales de montaña. Esta tesis doctoral tuvo como objetivo identificar los principales factores bióticos y abióticos que determinan la descomposición de la hojarasca y evaluar cómo este proceso influye en los cambios de la materia orgánica del suelo a lo largo de un gradiente sucesional en bosques tropicales altoandinos. Para ello, se desarrollaron cinco objetivos de investigación organizados en capítulos independientes. El primer objetivo evaluó la contribución relativa de los rasgos funcionales foliares y las condiciones microclimáticas del suelo sobre la descomposición de 15 especies comunes de plantas. El segundo objetivo analizó cómo los rasgos anatómicos foliares, representativos del espectro económico de las hojas, explican las tasas de descomposición a nivel de especie y comunidad, así como los cambios en la diversidad funcional anatómica a lo largo del gradiente. El tercer objetivo estudió los factores que determinan la diversidad de la fauna del suelo (riqueza, abundancia y tamaño corporal) y su influencia sobre la descomposición, evaluando hipótesis ecológicas clásicas. El cuarto objetivo examinó los factores que determinan la diversidad y composición de las comunidades fúngicas del suelo y su papel en la descomposición, a partir de datos de secuenciación genética. Finalmente, el quinto objetivo exploró los cambios en el horizonte orgánico del suelo en relación con entradas (productividad aérea y de raíces finas) y salidas de carbono (descomposición y sus impulsores), proponiendo un modelo conceptual del balance de carbono en estos ecosistemas. En conjunto, esta tesis proporciona una visión ecosistémica e integradora sobre cómo los rasgos de las plantas, las condiciones ambientales y las comunidades del suelo interactúan para regular la descomposición de la hojarasca y la dinámica del carbono en bosques en sucesión, con implicaciones relevantes para su conservación y manejo.
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    Evaluación de la interacción entre el microbioma intestinal y la actividad física
    (2024-10-20) Aya Aldana, Jeimmy Viviana; Ramírez González, Juan David; Cala Molina, Mónica Patricia; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El microbioma es conocido como una red compleja de microorganismos que hacen parte de un nicho especifico, en el caso de la microbiota humana, es posible describir diversas comunidades de microorganismos en dependencia de la ubicación anatómica y la metodología de análisis. Siendo la microbiota intestinal la más estudiada en los últimos años, ya que ha sido ampliamente relacionada con procesos de salud y enfermedad. Este micro ecosistema está compuesto por representantes de los filos Arquea, Bacteria y Eucaria, además de una amplia diversidad de virus. No solo su composición, sino también su función, especialmente la capacidad de producir metabolitos, han convertido al estudio del microbioma en un campo de exploración amplio que busca respuestas desde diferentes disciplinas. Por ejemplo, desde la fisiología se ha buscado comprender cómo los sistemas del cuerpo humano se relacionan con los microorganismos y cómo factores externos como la dieta, la genética, la ubicación geográfica y el estilo de vida pueden influir en este nicho. Dentro de estos factores, se destaca la actividad física. En los últimos años, un campo de investigación en crecimiento se ha enfocado en estudiar la relación y los posibles efectos que la actividad física tiene en el microbioma intestinal. Inicialmente comparables con los efectos producidos por la dieta (que han sido ampliamente descritos), se hipotetizó que realizar actividad física podría aumentar la diversidad de especies bacterianas y conferir cambios significativos en la estructura de los microorganismos habitantes del sistema digestivo. Sin embargo, se detectó que los resultados descritos en la literatura no han sido del todo concluyentes y han sido difíciles de comparar debido a la diversidad de estudios identificados: diseños longitudinales y transversales, inclusión de diferentes tipos de actividad física, diferentes intensidades, diversidad de poblaciones y, en especial, una variedad de técnicas utilizadas para describir y secuenciar la comunidad de microorganismos. De igual manera, los pocos estudios existentes han abordado principalmente sujetos que se dedican a actividades donde predomina el entrenamiento de la resistencia cardiovascular, tales como ciclismo o atletismo, dejando a un lado actividades que involucren el desarrollo de la fuerza y la masa muscular. Por lo anteriormente expuesto, y resaltando la ausencia de estudios en población colombiana, el objetivo general de este trabajo fue evaluar la relación entre el microbioma intestinal y la actividad física en la literatura mediante una revisión sistemática y en humanos a través de una aproximación metagenómica y metabolómica. Ante la necesidad de conocer los principales resultados sobre si la microbiota intestinal es modificable a través de la actividad física y si estas posibles modificaciones están relacionadas con otros factores como el tipo, la intensidad, la duración y el protocolo de medición, el primer capítulo de esta tesis, se centró en evaluar la relación entre el microbioma intestinal y la actividad física a través revisiones sistemáticas de la literatura. La primera de ellas enfocada en adultos aparentemente saludables y la segunda en adultos mayores. Un total de 29 estudios fueron examinados: diez estudios transversales, siete longitudinales y tres ensayos controlados aleatorios. Los principales resultados variaron significativamente según los niveles de actividad física en los estudios longitudinales. Se identificaron cambios discretos en los índices de diversidad y la abundancia relativa de ciertas bacterias en personas activas. En contraste, los estudios transversales no revelaron cambios significativos en la diversidad del microbioma intestinal, con métricas de diversidad de Alpha y Beta que permanecieron consistentes en la mayoría de los casos. Sin embargo, se observó un cambio significativo en la abundancia relativa (a nivel de genero) en adultos mayores que participaron en un programa de ejercicio durante cinco semanas o más. Como se ha mencionado previamente, el microbioma intestinal exhibe una notable capacidad para producir una amplia variedad de metabolitos primarios, así como para participar en la síntesis o degradación de otros compuestos derivados de la dieta. Estos metabolitos desempeñan frecuentemente el papel de moléculas señalizadoras que facilitan la comunicación entre el microbioma y el huésped. Sin embargo, para investigar estas interacciones de manera efectiva, se requiere la implementación de diversos enfoques y herramientas ómicas que permitan analizar la información en diferentes niveles, abarcando desde la estructura hasta la función de los microorganismos presentes en el sistema digestivo. En lo referente a la influencia de la actividad física en las bacterias, arqueas y hongos residentes en el sistema digestivo, investigaciones anteriores indican la posibilidad de establecer una conexión más significativa entre la actividad física y el microbioma a nivel funcional. Por esta razón, en la segunda parte de este trabajo se llevaron a cabo dos capítulos con el fin de explorar la relación entre el microbioma intestinal y los metabolitos asociados al ambiente intestinal en deportistas colombianos de diversas disciplinas que implican procesos adaptativos enfocados en la fuerza y la resistencia cardiovascular. Se emplearon herramientas de metagenómica y metabolómica con el objetivo de caracterizar la población de microorganismos, perfilar su función genómica y determinar la cantidad de metabolitos derivados del microbioma atribuibles a su actividad deportiva. En síntesis, el segundo capítulo de esta tesis se centró en la caracterización del perfil taxonómico del microbioma intestinal de deportistas colombianos de las disciplinas de ciclismo de ruta y levantamiento de pesas. Mientras que el último capítulo permitió evaluar la abundancia de genes y rutas metabólicas relacionadas con la microbiota intestinal, así como identificar metabolitos a través de la metabolómica no dirigida en el microbioma intestinal de deportistas colombianos de las disciplinas mencionadas.
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    Genómica funcional para la descripción de mutaciones aplicables al diagnóstico de cáncer de seno en población colombiana: estudio a gran escala en casos no seleccionados
    (2024-12-09) Sierra-Díaz, Diana Carolina; Restrepo Fernández, Carlos Martín; Fonseca Mendoza, Dora Janeth; GENIUROS
    Introducción: El cáncer de seno es la neoplasia más frecuente a nivel mundial y el tipo de cáncer más importante para la mujer, atribuido hasta en el 10% a mutaciones germinales. A nivel mundial, grandes consorcios han centrado el estudio de variantes germinales en población de origen caucásico. En América Latina, específicamente en Colombia los casos hereditarios y familiares se han estudiado de manera predominante, centrando el análisis en los genes BRCA1 y BRCA2. En nuestra población no se ha identificado el perfil genómico en casos no seleccionados en genes diferentes a los mencionados previamente. Métodos: Se analizaron 400 mujeres colombianas con cáncer de seno no seleccionado, mediante WES (whole exome sequencing-WES) para 253 genes relacionados con el cáncer de seno. Se generó un algoritmo bioinformático para identificar las variantes moleculares missense, nonsense, frameshift y de splicing, con MAF (minor allele frequency-MAF) ≤0.01. Se realizó análisis de segregación familiar para algunas de las variantes P/LP identificadas en los genes BRCA2, ATM y PALB2. Mediante MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification-MLPA) se evaluó la presencia de CNVs (copy number variants-CNVs) en los genes BRCA1/2. Adicionalmente se realizó la anotación de los procesos biológicos y las vías de señalización en los genes con variantes germinales P/LP (pathogenic/likely pathogenic-P/LP). A nivel estadístico realizó un análisis bivariado para establecer asociaciones entre la presencia de variantes germinales P/LP, en diez genes con impacto clínico (ATM, BRCA1, BRCA2, BARD1, CHEK2, CDH1, PALB2, TP53, RAD51C y RAD51D) y las características clinicopatológicas y de factores de riesgo recolectadas; adicionalmente se realizó un análisis de regresión multivariada (árboles de decisión) de los diferentes subtipos moleculares de cáncer de seno (Luminal A, Luminal B HER-2 negativo, Luminal B HER-2 positivo, HER-2 enriquecido y TNBC (triple negative breast cancer-TNBC)). Mediante ensayos in vitro se evaluó el efecto de tres variantes germinales. Resultados: Se identificaron 211 variantes germinales P/LP en el 41.5% (105/253) de los genes estudiados, las cuales se encontraron en el 56.7% (227/400) de los casos analizados. 21 de las 211 variantes se identificaron, en el 6% de los casos, en siete de los diez genes con impacto clínico (ATM, BRCA1, BRCA2, BARD1, CHEK2, PALB2 y RAD51D). Se realizó análisis de segregación familiar en las familias de los casos índice con variantes germinales P/LP en los genes BRCA2 (c.2808_2811delACAA, p.Ala938Profs*21; c.3860delA, p.Asn1287Ilefs*6; c.1763_1766delATAA, p.Asn588Serfs*25), ATM (c.5496+2_5496+5delTAAG) y PALB2 (c.3350+4A>G). En total se evaluaron 36 familiares, y en 13 de ellos se identificó la variante P/LP estudiada (11 para las variantes del gen BRCA2 y dos para el gen ATM). Se identificó segregación en dos de las variantes analizadas en el gen BRCA2 (c.1763_1766delATAA, p.Asn588Serfs*25 y c.3860delA, p.Asn1287Ilefs*6). No se identificaron CNVs en los genes BRCA1/2. En los genes con variantes germinales P/LP, se identificaron varios procesos y vías de señalización relacionadas con los hallmarks del cáncer, tales como proliferación celular, angiogénesis, inestabilidad genómica (ocasionada por diferentes causas como generación de aductos-ADN debidos al metabolismo de componentes exógenos y al metabolismo de los estrógenos), alteraciones en el microambiente tumoral (secundario a hipoxia y especies reactivas de oxígeno), alteraciones en diferentes vías de reparación del ADN (reparación por recombinación homóloga, reparación mismatch, alteraciones en la vía de señalización de la Anemia de Fanconi), alteraciones metabólicas (metabolismo del colesterol, alteración del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y de la glicólisis). Se identificó que las vías de señalización Pathways in cancer, MicroRNAs in cancer, Breast cancer y Cell cycle, entre otras, contenían el mayor número de genes portadores de variantes germinales P/LP. El análisis bivariado determinó que las pacientes con variantes P/LP en los genes BRCA1/2 tenían una edad de diagnóstico menor (mediana de edad: 36 vs 54, p=0.0003), la menor parte eran postmenopáusicas (15.35% vs 57.68%, p=0.009) y el estadio nodal 2 fue más frecuente en estas pacientes (30.77% vs 9.26%, p=0.0425), en comparación con las pacientes sin variante P/LP en los diez genes con impacto clínico. Los análisis de árboles de decisión permitieron establecer predicciones de riesgo para cada subtipo molecular de cáncer de seno; por ejemplo, las pacientes con cáncer de seno luminal B HER-2 negativo, mostraron en el árbol de decisión que la presencia de una variante P/LP en el gen IRF6 les da una predicción del 88%. El análisis genómico evidenció la presencia de un tipo de variante denominada MNV (multiple nucleotide variant-MNV) en los genes POLD1 y BLM, este tipo de variante puede modificar la interpretación del cambio nucleotídico a nivel proteico y dado que no se identifica por los algoritmos bioinformáticos convencionales también puede llevar a resultados falsos positivos o falsos negativos. Los ensayos in vitro de las variantes estudiadas demostraron que la variante intrónica identificada en el gen ATM (c.5496+2_5496+5delTAAG) altera el proceso de splicing ocasionando exon skipping con un efecto deletéreo potencial en el dominio Pincer de la proteína ATM; la variante sinónima identificada en el mismo gen (c.1176C>G, p.Gly392=), altera un ESS (exon splicing silencer-ESS) llevando a la disminución del transcrito con la mutación; y la variante localizada en la región 3´UTR del gen BRCA1: c.*36C>G altera la interacción con el microARN miR-99a-3p, lo que potencialmente evita el desarrollo de TNBC. Conclusiones: Los resultados obtenidos resaltan la importancia de realizar estudios genómicos en nuestra población ya que cada diferentes procesos migratorios y mutacionales probablemente favorecen la selección de cierto tipo de variantes genéticas, generando un perfil mutacional particular para cada población. Adicionalmente, es importante resaltar el análisis ampliado de genes en las pacientes con cáncer de seno y no solo considerar los diez usualmente aplicados al diagnóstico molecular. En adición, nuestros hallazgos apoyan la importancia de analizar otro tipo de variantes como las sinónimas las cuales aparentemente no alteran la secuencia proteica pero si pueden afectar procesos importantes como el splicing, o como las MNVs que pueden llevar a falsos positivos o negativos en el diagnóstico, así como analizar otras regiones del genoma diferentes a las codificantes que podrían alterar la interacción con moléculas que regulan la expresión génica como es el caso de los microARNs.
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    Validación de péptido conjugado a nanopartículas magnéticas de óxido de hierro como biomarcador de cambios moleculares en la barrera hematoencefálica bajo condiciones de neuroinflamación
    (2024-12-04) Zapata Acevedo, Juan Felipe; González Reyes, Rodrigo Esteban; Vargas Sánchez, Jeinny Karina; Grupo de Neurociencias de la Universidad del Rosario (NEUROS)
    La neuroinflamación crónica se caracteriza por un aumento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica (BHE), lo que provoca cambios moleculares en el sistema nervioso central (SNC) que pueden explorarse con biomarcadores de procesos neuroinflamatorios activos. En este contexto la resonancia magnética nuclear (RMN) ha sido una herramienta clave para detectar tanto las lesiones como la permeabilidad de la BHE. Además, el uso de nanopartículas superparamagnéticas ultrapequeñas de óxido de hierro (USPIO) como agentes de contraste ha permitido mejorar la resolución y precisión de estas observaciones por RMN. Por lo tanto, en esta tesis doctoral se evaluó la interacción del péptido-88 con laminina, mediante la vectorización del péptido 88 con USPIO (NPS-P88), para explorar las alteraciones moleculares de la BHE que ocurren durante la neuroinflamación como una herramienta potencial para su uso en RMN. Para verificar el marcaje específico de NPS-P88 se realizaron experimentos en células endoteliales (hCMEC/D3) y astrocitos (T98G) bajo inflamación inducida por IL-1β durante 3 y 24 horas. En células hCMEC/D3 tratadas con IL-1β durante 3 horas, se observó un aumentó de expresión y colocalización de la laminina con las NPS-P88, en comparación con los controles. Sin embargo, a las 24 horas no se observaron diferencias significativas entre los grupos control y células hCMEC/D3 con IL-1β. Por otro lado, en las células T98G, las NPS-P88 mostraron un etiquetado inespecífico similar al observado en los controles. Estos resultados sugieren que NPS-P88 tiene una mayor afinidad por las células endoteliales cerebrales que por los astrocitos en condiciones de inflamación. Aunque esta afinidad disminuye con el tiempo a medida que la expresión de la laminina se reduce. Los resultados in vivo indicaron que, 30 minutos después de la inyección de las nanosondas, hay una mayor presencia de NPS-P88 en la sangre y el cerebro, pero que disminuye progresivamente con el tiempo. Además, la síntesis de las USPIO por un segundo método permitió obtener nanopartículas con una mayor estabilidad, biocompatibilidad y biodistribución lo que prolongó su permanencia en sangre. En modelos de neuroinflamación animal inducida por LPS por 24 horas se observó un aumento de expresión de la laminina en cerebro durante procesos inflamatorios, lo que se correlaciona con una mayor presencia de NPS-P88. Asimismo, se confirmó una comarcación de la laminina/NPS-P88 en cerebro. En contraste, en médula se encontró una baja presencia de NPS-P88, sin cambios significativos en la expresión de laminina ni comarcación laminina/NPS-P88. Finalmente, en los animales EAE, la RMN reveló una acumulación significativa de NPS-P88 principalmente en la corteza, atribuida a la inflamación y la alteración de la BHE. En conjunto, estos resultados demuestran que NPS-P88 es un biomarcador para evaluar los cambios en la BHE inducidos por la neuroinflamación mediante RMN en modelos biológicos dirigidos a la laminina.