Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biológicas

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https://repository.urosario.edu.co/handle/10336/19028

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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    Eco-epidemiología, evolución y filogenética de la tribu Rhodniini: Vectores dela enfermedad de Chagas
    (Universidad del Rosario, ) ; 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.
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    Wood strategies in a lowland rainforest of eastern Amazonia
    (Universidad del Rosario, ) González Melo, Germán Andrés; Posada, Juan Manuel; 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.
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    Acceso Abierto
    Imagenología de las infecciones por Enterobacterales a través del estudio por Tomografía por Emisión de Positrones con 18F-Fluorodeoxisorbitol
    (Universidad del Rosario, ) Wintaco Martinez, Luz Maira; Granados Oliveros, Ulises; Universidad Johns Hopkins
    Los 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.
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    Acceso Abierto
    Virus de la leucosis bovina (VLB) y evidencias de su potencial zoonótico
    (Universidad del Rosario, ) Olaya-Galán, Nury Nathalia; Gutiérrez Quiroga, María Fernanda; Patarroyo, Manuel A.; Méderi
    El Virus de la Leucosis Bovina (VLB) es un retrovirus con capacidad oncogénica que se caracteriza por ocasionar infecciones persistentes en el ganado vacuno, lo que conlleva a procesos crónicos de linfocitosis y en los casos más avanzados puede generar leucemias o linfomas en los animales. En las últimas décadas, este virus ha despertado la inquietud en el gremio científico debido a diferentes estudios que reportan la detección del provirus en muestras de origen humano, y se propone como un potencial factor de riesgo para el desarrollo del cáncer de mama. Hasta el momento se desconoce cuál es la vía de transmisión del virus al humano, pero se plantea que podría tratarse de una infección zoonótica debido al aumento de las interfaces de contacto entre los animales y los humanos. Asimismo, el virus se ha encontrado en múltiples especies animales, lo que lo propone como un agente versátil con un potencial alto de diseminación en su entorno natural ya que debido a la dificultad en el diagnóstico de rutina en campo y a la falta de vacunas, se ha reportado un aumento en las tasas de prevalencia del virus, el cual pasa desapercibido en las poblaciones animales aumentando las tasas de propagación y diseminación. En esta tesis doctoral se planteó un estudio enfocado en determinar la presencia del virus tanto en mujeres colombianas como en diferentes especies animales para aportar evidencias del potencial zoonótico del virus y actualizar el conocimiento de este en Colombia. Se realizó un estudio de casos y controles para identificar si el virus se encontraba asociado al cáncer de mama en una población de mujeres colombianas, y se realizaron avances en la caracterización del potencial zoonótico del virus al evaluar marcadores compartidos entre el virus circulante en diferentes especies animales y en los humanos, así como aproximaciones experimentales de la capacidad de infección del virus en células humanas y la identificación de su potencial receptor celular. Si bien aún es necesario realizar más estudios para entender en su totalidad el impacto que tiene el VLB en el humano, con los resultados obtenidos en esta investigación se realizaron aportes al conocimiento del virus en el país al tener las prevalencias actualizadas del VLB en el ganado bovino colombiano, se identificó el virus como un potencial factor de riesgo para el cáncer de mama y se generó un avance en el conocimiento con respecto al potencial zoonótico del virus abordado desde los principios de las infecciones zoonóticas, como la identificación de hospederos accidentales, identificación de marcadores compartidos entre especies, identificación de potenciales vías de diseminación y evidencias experimentales de la infección del virus en el humano.
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    Acceso Abierto
    Genómica y transcriptómica comparativa de Trypanosoma Cruzi
    (Universidad del Rosario, ) Cruz Saavedra, Lissa Briceida; Ramírez, Juan David; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El parásito Trypanosoma cruzi es conocido como el agente etiológico de la enfermedad de Chagas, según reportes de la Organización Mundial de la Salud (OMS) se encuentra dentro de las 17 enfermedades tropicales desatendidas y es la tercera infección parasitaria más común en todo el mundo después de la malaria y la esquistosomiasis. T. cruzi muestra una marcada diversidad genética que ha permitido clasificarlo al menos en seis unidades discretas de tipificación (DTUs). Así mismo, una alta variabilidad genética intra-DTU ha sido observada en TcI, la DTU más prevalente en Colombia y altamente distribuida a nivel mundial. Esta variabilidad ha llevado a algunos autores a clasificarla en genotipos, que en algunos casos son asociados a los ciclos eco-epidemiológicos de la transmisión de este parásito. De igual manera, una alta plasticidad genómica ha sido reportada en T. cruzi, reflejada en aneuploidías cromosómicas y re-arreglos estructurales entre los genes codificantes para las familias multigénicas. Sin embargo, y a pesar de los avances en los últimos años en el estudio del genoma de T. cruzi muy pocos estudios han evaluado la arquitectura genómica de este parásito. Por otro lado, este parásito posee un complejo ciclo de vida que transcurre entre humanos, mamíferos-reservorios e insectos triatominos de la subfamilia Reduviidae; presenta varios estadios morfológicos con características antigénicas distintas. Uno de los procesos más importantes durante su ciclo de vida es la metaciclogénesis, cuyo objetivo final es la transformación de epimastigotes replicativos a tripomastigotes metacíclicos infectivos. Durante este proceso se generan cambios morfológicos, metabólicos, transcriptómicos y proteómicos que permiten su progreso y confieren características infectivas al mismo; además de características virulentas de invasión de células y tropismo hacia diferentes tejidos. A pesar de los estudios realizados sobre la metaciclogénesis, el conjunto de cambios que ocurren en el transcriptoma durante este proceso biológico no se ha evaluado a profundidad en T. cruzi. Por otro lado, el ciclo de vida en el mamífero, donde se incluyen los estadios amastigotes y tripomastigotes derivados de células, cobra gran importancia ya que durante el desarrollo de este se pueden llegar a generar las manifestaciones clínicas relacionadas con la enfermedad de Chagas, producida por este parásito, principalmente por la invasión celular, replicación y lisis celular, que adicionalmente desencadena una fuerte respuesta inmune por parte del hospedero que no es efectiva en la eliminación de este, pero si afecta y daña los tejidos en el hospedero, lo que hace aún más interesante el estudio en la expresión génica de T. cruzi en estos estadios. Por los motivos anteriormente expuestos, el objetivo general de este trabajo fue “Evaluar la arquitectura genómica y los perfiles de expresión génica durante el ciclo de vida de Trypanosoma cruzi”, del cual se desencadenan tres objetivos específicos: 1. Describir la arquitectura genómica y diversidad genética de clones de Trypanosoma cruzi I (TcI). 2. Evaluar los perfiles de expresión génica de Trypanosoma cruzi I durante el proceso de metaciclogénesis in vitro. 3. Determinar la remodelación en la expresión génica durante el ciclo de vida de Trypanosoma cruzi II. Siendo cada uno de los anteriores objetivos asociados a un capítulo dentro de este trabajo de tesis. En relación con el primer capítulo de este estudio, se exploró la diversidad genómica entre 18 clones colombianos de T. cruzi I y 15 clones de T. cruzi I de otros países de América. Los resultados obtenidos confirman la alta variabilidad genética descrita con anterioridad a un nivel filogenético, la presencia de una alta heterocigosidad entre los genomas, y la existencia de un clado compatible con el genotipo TcIdom, descrito previamente para cepas asiladas a partir de humanos en Colombia y Venezuela. Adicionalmente, se reportan diferentes procesos compatibles con una alta plasticidad en el genoma de TcI. Eventos de aneuploidía total y segmentaria (SA) presentes a lo largo de los cromosomas con características diferenciales entre cepas e incluso entre clones de la misma cepa fueron encontrados y corroborados por medio de cálculos de la profundidad y la frecuencia alélica. Así mismo, se encontró pérdida de heterocigosidad (LOH) en diferentes cromosomas, la ubicación de los fragmentos que presentaban LOH, al igual que la extensión a lo largo de cada cromosoma, no estuvo relacionada entre los distintos clones aislados de cada cepa. Por último, los genes presentes en los segmentos con SA y LOH fueron evaluados. Los genes relacionados con puntos calientes de retrotransposón (RHS) se encontraron flanqueando el inicio de las secuencias que presentaban SA. Los resultados observados sugieren que la compleja regulación del genoma involucrado en este parásito implica más procesos que otros eucariotas y podría estar involucrada en la respuesta para evitar diferentes tipos de estrés durante el complejo ciclo de vida de este parásito. Para responder el segundo y tercer capítulo de esta tesis, se determinó el momento exacto de obtención de los tripomastigotes metacíclicos realizando curvas de metaciclogénesis en medio LIT y se seleccionó el día donde se presentó una diferencia estadísticamente significativa en el aumento de la producción de estas formas respecto al día cero. Como resultados en general, se logró establecer el día de inicio de la metaciclogénesis para las DTUs TcI y TcII y se estandarizó un protocolo para la producción y purificación de tripomastigotes metacíclicos en cultivo LIT por medio del uso de una cromatografía en resina de sefarosa-DEAE, de igual manera, se comprobó que esta técnica no afecta la capacidad infectiva del parásito de manera in vivo e in vitro. Los resultados obtenidos para el segundo capítulo, relacionados con los perfiles de expresión de T. cruzi I, permitieron determinar que existía una diferencia entre la expresión génica de epimastigotes y tripomastigotes metacíclicos para la DTU TcI. Además, que una de las principales vías reguladas diferencialmente estaba relacionada con los ribosomas, de los cuales se infiere juegan un papel fundamental durante la regulación génica y mantenimiento del proteoma celular en el proceso de metaciclogénesis; otra vía diferencialmente expresada fue la autofagia, que se sabe participa durante todo el ciclo de vida de T. cruzi y es un estímulo fundamental en la metaciclogénesis, los perfiles energéticos relacionados con la glucosa, el metabolismo de los aminoácidos, y por último, los procesos celulares y de DNA. Para el capítulo 3, se logró determinar que existían diferencias estadísticamente significativas entre todos los estadios presentes en el ciclo de vida de T. cruzi II, siendo importante destacar una clara diferenciación en la expresión génica entre los tripomastigotes derivados de células y los tripomastigotes metacíclicos. Al igual que como se reportó para el capítulo 2, una gran cantidad de genes relacionados con los procesos energéticos de la glucosa, la autofagia y los perfiles de genes codificantes para proteínas ribosomales fue diferencialmente expresado a lo largo del ciclo de vida de TcII demostrando su importancia en el ciclo de vida de este parásito. Sin embargo, de manera interesante este estudio fue capaz de captar la expresión de genes específicos relacionados con meiosis y recombinación homologa SPO11 y RAD51. Los resultados obtenidos abren una ventana de conocimiento para el análisis de diferentes procesos fundamentales en el ciclo de vida de Trypanosoma cruzi¸ e incluso algunos que no habían sido previamente descritos, que podrían aportar al entendimiento de la historia natural y biología de este parásito.