Análisis por computador de imágenes de geles de electroforesis: métodos avanzados para el manejo de meta-información y el procesamiento digital de imágenes

Los procesos de caracterización molecular de organismos incorporan con frecuencia el uso de geles de electro foresis. En el proyecto “Análisis por computador de imágenes de geles de electroforesis para la caracterización molecular de organismos” se ha logrado establecer una plataforma base de asistencia en laboratorios de biología molecular para el manejo tanto de la meta-información asociada a cada carril de un gel de electroforesis, como de procesos de captura, mejora y análisis básico de imágenes. La complejidad de las tareas involucradas amerita continuar la investigación sobre métodos más eficientes, precisos, versátiles y seguros que ayuden a optimizar el uso de los recursos en un laboratorio de biología molecular. El ITCR crea así una herramienta integradora para redes e
investigación en biología molecular, pues sirve como plataforma de intercambio, administración y análisis de los datos.

El nuevo proyecto abordará temáticas como la distribución de la base de datos, la administración de roles, e incluirá nuevos manejos de meta-información; se desarrollarán nuevos métodos de rectificación, normalización y mejoramiento de imágenes que consideren la información contextual. Como parte del proyecto se propone además extender la herramienta a la técnica del Electroforesis en Gel de Gradiente Desnaturalizante (DGGE, Denaturing gradient gel electrophoresis) para colaborar en el análisis de la diversidad genética bacteriana a partir de muestras ambientales. Dicha técnica representa un modelo adecuado para la evaluación de la herramienta dado la importancia de DGGE en el análisis de comunidades microbianas, actualmente incluso superior a la clonación y a la subsecuente secuenciación.

Los investigadores en biología molecular continuarán vigilando todo el proceso para asegurar la utilidad de la herramienta desarrollada.

Palabras claves: Geles de electroforesis, procesamiento de imágenes, análisis de imágenes, caracterización molecular de organismos, marcadores moleculares, bases de datos.

• Subárea: Otras Ciencias de la Ingeniería

La expresión de proteínas recombinantes es una técnica biotecnológica notoria, ampliamente usada para obtener altas cantidades de proteínas a bajo costo y cada vez con mejores rendimientos. La primera proteína recombinante que apareció en el mercado fue la insulina humana en 1982. En el presente proyecto se pretende implementar protocolos para la producción de proteínas recombinantes en Escherichia coli utilizando un modelo metodológico claro como lo es la producción de la enzima ADN Taq polimerasa de Thermus aquaticus. El gen de la ADN Taq polimerasa será obtenido por amplificación de este utilizando una cepa de Thermus aquaticus. Posteriormente este gen se clonará en el vector de expresión pET-30a el cual posteriormente se utilizará para transformar una cepa de E. coli. Las bacterias transformadas serán crecidas en medio LB con ampicilina y serán inducidas a la expresión de la enzima utilizando IPTG. La recuperación de la proteína recombinante se realizará a través de procesos de lisis de las células y procesos de centrifugación. La proteína obtenida se verificará por SDS-PAGE y se valorará su actividad biológica utilizándola como reactivo de PCR y comparando su actividad con una preparación comercial de la misma.

Palabras claves: Proteína recombinante, Taq ADN polimerasa, Thermus aquaticus, clonación, transformación.

Parasitismo letal a través del consumo de cangrejos y camarones de agua dulce: identificación de zonas de riesgo y desarrollo de un plan de prevención de la paragonimiasis en Costa Rica.

Algunos de los antibióticos que se utilizan en seres humanos actualmente no están siendo eficaces para combatir infecciones que hasta hace poco tiempo eran tratables, debido a la resistencia que algunos microorganismos están desarrollando contra esos medicamentos. Por este motivo la Organización Mundial de la Salud (2014) ha llamado la atención sobre la necesidad de buscar nuevos tratamientos antimicrobianos, principalmente antibióticos. Los insectos sociales tienen algunas características que los hacen organismos ideales para buscar nuevos antibióticos, por ejemplo, viven en colonias de muchos individuos en condiciones relativamente estables y acumulando desechos, de forma similar a como viven los humanos en las ciudades.  A pesar de ser un grupo que presenta las mismas características de otros insectos sociales, se conoce muy poco sobre las comunidades de microorganismos asociadas a las avispas sociales Neotropicales (Epiponini). Por este motivo el objetivo de este proyecto es estudiar los microorganismos productores de antibióticos asociados a las colonias de avispas sociales, para evaluar su acción antibiótica. Se integrarán los resultados obtenidos para hacer una interpretación evolutiva sobre la relación entre los microorganismos y las diferentes especies de avispas. Los resultados obtenidos serán muy importantes en el estudio de nuevas sustancias antibióticas y también ayudarán a entender el establecimiento de las relaciones simbióticas entre microorganismos y avispas.

PALABRAS CLAVE: Microorganismos, avispas sociales, actividad antibiótica, nidos.

Listeria monocytogenes es una bacteria que reside prioritariamente en el suelo, responsable de infecciones tales como encefalitis y septicemia gastro-intestinal. Puede afectar a humanos, aves de corral, ganado y mamíferos silvestres. Además de su importancia clínica, ha sido mundialmente estudiada como un modelo de patogénesis intracelular. Durante el año 2015 se encontró la presencia de bacterias del género Listeria en gran diversidad de muestras de Costa Rica, incluyendo: carnes, vegetales y suelos. El suelo es un sustrato que permite la transferencia de microorganismos patógenos humanos a plantas y animales de granja, y posteriormente a los alimentos. Por lo tanto las prácticas sobre el uso y el manejo de la tierra pueden influenciar directamente la presencia de patógenos en los alimentos e impactar en la salud pública.

En la presente investigación Listeria monocytogenes será utilizada como un modelo para la comprensión de la ecología de patógenos humanos en los agroecosistemas, con el fin de brindar al país herramientas para el manejo y prevención de infecciones alimentarias. Para esto se realizará una revisión de la incidencia de L. monocytogenes suelos de distintas regiones de Costa Rica y en diferentes épocas del año. A partir de los resultados obtenidos se seleccionarán tres estaciones de trabajo para un estudio exhaustivo de las propiedades físicas del suelo, factores químicos y biológicos de influencia, comunidades microbianas asociadas a la presencia de L. monocytogenes y efecto de las actividades de explotación del suelo en la presencia de bacterias patógenas, durante un periodo de al menos 24 meses.

Este estudio será realizado por un grupo interdisciplinario conformado por investigadores del Instituto Tecnológico de Costa Rica, en colaboración con centros científicos reconocidos internacionalmente como lo son Corpogen (Colombia), el centro de investigación Foulum de la Universidad Aarhus y el Instituto Pasteur (Francia). Con los resultados de nuestra investigación, se logrará ampliar el panorama científico existente en la actualidad sobre L. monocytogenes, generando información de impacto con la cual se podrá correlacionar el comportamiento de las bacterias patógenas con las variables física, biológicas y químicas de los suelos.

PALABRAS CLAVE: Metagenómica, patógenos, curva de retención de agua del suelo, física de suelos, transcriptoma.

• Subárea: Ciencias Biológicas y Ciencias de la Tierra y del Ambiente

Estrategia innovadora interdisciplinaria para la protección fitosanitaria de la producción de hortalizas en ambientes protegidos en Costa Rica

Producción de metabolitos secundarios de interés farmacológico mediante la agroinfección de raíces de uncaria tomentosa (uña de gato) con Agrobacterium Rhizogenesis.

Optimización del protocolo de establecimiento de cultivos celulares de Plantago Major (llantén) para la comprobación de la actividad cicatrizante de un producto farmacéutico y determinación efecto biológico contra la infección de h. Pylori en modelos in vitro.    

Especies del género Plantago entre ellas Plantago major han sido relacionadas con propiedades medicinales muy importantes con base  en la diversidad de compuestos presentes en sus células. Compuestos aislados de P. major pueden ayudar a la regeneración de heridas; por ejemplo, el plantamajosido y acteosido tienen actividades antibacterianas; algunos flavonoides y los derivados del ácido cafeico presentan capacidad antioxidante, erradicando los radicales libres; algunos polisacáridos pécticos se han descrito como eficaces contra las úlceras en ratas y por tener actividades inmunomoduladoras; por último, la cadena larga de alcoholes primarios saturados, que están presentes en la cera de la hoja, estimula el proceso de curación de heridas superficiales.

Costa Rica ocupa el noveno lugar en la incidencia de cáncer gástrico per cápita, por lo que se considera de alta importancia explotar la actividad citoprotectora de la mucosa gástrica atribuida a diferentes compuestos presentes in P.major como flavonoides, terpenoides y alcaloides, los cuales tienen un efecto antiácido y antiinflamatorio sobre la misma y pueden estar participando de forma positiva en la prevención de la infección por Helicobacter pylori. El interés del proyecto  se avoca  principalmente a   la prevención del cáncer gástrico, mediante el combate de la bacteria

H. pylori, presente en el estómago de los afectados. Por otro lado se pretende la comprobación de la actividad de proliferación y migración celular de las células de la dermis en un medio de crema elaborada bajo especificaciones comerciales estandarizadas a partir de los extractos de

P. major obtenidos de los cultivos celulares.

PALABRAS CLAVE: Plantago major, callos, cultivos celulares, Helicobacter pylori, actividad cicatrizante, antimicrobiana

Estudios preliminares para la producción comercial de un edulcorante natural obtenido a partir de Stevia rebaudiana Bertoni en Costa Rica

Stevia rebaudiana (Asteraceae), “yerba dulce”, ha sido empleada por siglos por los guaraníes de Paraguay como edulcorante (producto para endulzar). Sus propiedades provienen de la presencia de un glicósido denominado esteviósido. Además de su poder edulcorante sin calorías, se ha documentado el uso medicinal de los esteviósidos como hipoglicémicos y antibióticos.

Edulcorantes artificiales de bajas calorías como el Aspartame y la sacarina han inundado el mercado para satisfacer las necesidades de personas diabéticas u obesas, Sin embargo, se han documentado efectos secundarios producidos por su uso.

Por el creciente interés económico de esta especie, actualmente su cultivo se ha extendido a muchos países como China, Taiwan, Malasia, Canadá, Japón y Sur América.

Probablemente, por tratarse de una especie exótica, en Costa Rica, no ha sido cultivada para la explotación comercial, a pesar de que existe interés de varias empresas y de grupos de agricultores en su comercialización.

Resultados obtenidos en plantaciones piloto en Costa Rica, producto de una investigación realizada por el ITCR, (Alvarenga y col, 2008), la planta mostró un buen desarrollo en dos zonas de cultivo (Cartago y Atlántico). Además, se realizaron estudios fenológicos, se desarrolló el protocolo de cultivo in vitro y de reproducción vegetativa por esquejes, se determinó la concentración del esteviósido en hojas en diferentes fases de crecimiento, por HPLC.

De esta forma se ha generado una base de conocimientos y experiencias que hacen factible el establecimiento plantaciones a mayor escala en el país, con el fin de procesar y comercializar productos a partir de Stevia.

Palabras claves: Stevia, edulcorante, cultivo in vitro, propagación masiva, esteviósido, HPLC, microsatélites.

• Periodo de ejecución: Enero 2011 – Junio 2013.
• Área: Ciencias Naturales y Exactas
• Subárea: Ciencias Biológicas

Las técnicas de biología molecular han logrado incidir diversos campos de la actividad humana relacionados con procesos de verificación o control de calidad en productos alimentarios así como en sistemas de diagnóstico temprano de enfermedades. Recientemente en el área de verificación Post Morten o medicatura forense, las técnicas han sido ampliamente utilizadas sobre todo por el nivel de fidelidad que proveen (99 %). A pesar de su alto costo y elevado nivel técnico, en la actualidad se han implementado sistemas de verificación de identidad por medio de técnicas de biología molecular en muchas de las legislaciones que regulan la Peternidad a nivel internacional. De forma similar en otros organismos superiores como los equinos, estas técnicas biotecnológicas han mostrado gran versatilidad sobre todo a la luz de los mercados globalizados que promueven el uso de normativas estandarizadas en la compra y venta de animales con fines de competencia u exposición.

El proyecto aquí planteado busca implementar la técnica de tipificado genético en equinos, una herramienta de uso muy frecuente por diversas asociaciones de criadores de animales de competencia. Las técnicas además, son tan versátiles que una vez implementadas para una raza en particular pueden ser usadas (con algunas variantes) para la verificación genética de parentesco en otras razas de equinos, estudios de genética de poblaciones en otros animales de granja u domésticos. Por otro lado permiten incursionar en el diagnóstico temprano de enfermedades genéticas así como para certificar la presencia u ausencia de patógenos tales como virus y bacterias en tejidos u fluidos (plasma sanguíneo) animales. De esta forma la implementación de técnicas de tipificado genético puede favorecer de forma muy práctica la incursión de grupos de investigación en campos relacionados con la paternidad y salud animal con repercusiones comerciales importantes para ciertos grupos u asociaciones productivas.

Palabras claves: Microsatélites, ADN, PCR, pelo equino, tipificado genético.