Manual de Biología Molecular: Procedimientos básicos

En la actualidad la biología molecular se considera como una ciencia fundamental, dinámica, interdisciplinaria e internacional, con un gran impacto sobre la sociedad y en continuo crecimiento. Es una de las ciencias más utilizadas en el campo de la investigación y uno de los pilares activos más promisorios para el desarrollo del conocimiento. Debido a su relevancia, es necesario que profesionales con perfiles relacionados a las ciencias biológicas, biomédicas, agropecuarias y afines, conozcan y manejen los conceptos básicos de algunas de sus herramientas encaminadas a la innovación de nuevas formas de diagnóstico, prevención, tratamiento, biorremediación y desarrollo tecnológico aplicado al mejoramiento de la calidad de vida y el desarrollo sostenible de los ecosistemas. En este contexto, el manual pretende brindarles a los estudiantes los fundamentos para comprender y entender desde una dinámica práctica, los procesos vitales de los seres vivos en función de las características de su estructura molecular. Adicionalmente, otro aspecto sobresaliente a ser considerado con la aplicación de este manual en las prácticas académicas, es el desarrollo de competencias científicas, enfocadas a la adquisición de habilidades cognitivas básicas (observación, descripción, comparación, toma de datos, revisión bibliográfica, etc.), habilidades procedimentales (capacidad para seguir un procedimiento, toma de muestras, recolección de datos, apropiación tecnológica para el desarrollo de problemas), habilidades metacognitivas, y habilidades investigativas, todas ellas de suma importancia en la formación científica de nuestros profesionales. Este módulo está dirigido a todos los estudiantes que en sus programas de pregrado contemplan un componente biológico, que desean adquirir y poner en práctica algunas de las técnicas más sencillas y de amplio uso en la biología molecular, protocolos que han sido acoplados y ajustados y que pueden ser implementados en los laboratorios de docencia universitaria. Con la finalidad de lograr una lectura dinámica, el documento ha sido organizado en varios ítems: Introducción básica, objetivos, materiales, procedimiento a r|ealizarse, cuestionario y referencias bibliográficas. Complementariamente, la parte final de cada práctica contempla la preparación de las soluciones correspondientes. Esperamos con esta primera parte enfocada a ADN, apasionarlos por una de las ciencias más fascinantes y multidisciplinarias, desde la cual se pueden resolver infinidad de problemas y alcanzar desafíos científicos y tecnológicos

Eficiencia en la reducción de Cromo por una bacteria silvestre en un tratamiento tipo Batch utilizando como sustrato agua residual del municipio de Pasto, Colombia

Objective: To evaluate the efficiency in the reduction of chromium in a Batch treatment type, using municipal residual water substrate inoculated with a wild bacterium. Materials and methods: The reduction percentage of hexavalent chromium of three wild bacteria previously isolated from residual water from the Pasto River was verified at laboratory scale (Bacillus thuringiensis, Bacillus amyloliquefaciens and Paenibacillus sp.); the isolated that showed the highest percentage of reduction of Cr was selected and was subjected to different treatments. The analysis of results was done using descriptive statistics. Results: B. thuringiensis, B. amyloliquefaciens, and Paenibacillus sp., presented percentages of reduction of Cr (VI) of 82,01%; 80,85% and 79,27%, respectively. It was determined that the third treatment (nonsterile water from the Pasto River with B. thuringiensis) presented significant differences with regard to the other (p = 0.0001 α = 0.05), concluding that B. thuringiensis reduces in greater proportion the Cr (VI). The results found in this research are promising in the field of bioremediation of contaminated effluents with Chrome since they may be taken as the basis for implementing strategies of bioremediation on a large scale. Conclusion: The bacteria B. thuringiensis presented high efficiency in the reduction of hexavalent chromium (99.42%) when implemented in a treatment at laboratory scale of residual nonsterile water

Contraste entre un modelo matemático y el proceso de biorreducción de Cr(VI) por consorcios de bacterias aisladas de agua residual del rio Pasto

Introduction. The versatile metabolism of microorganisms allows biodegradation of a wide variety of contaminants; however, the increasing scale of the industry exceeds its pollutant processing capacity. Due to its high toxicity, hexavalent chromium Cr(VI) is one of the heavy metals with the greatest global dissemination and concern. There are numerous investigations focused on proposing treatments to purify the different ecosystems affected with this metal; however, knowledge about various microorganisms from the same source that could help solve this problem is restricted. Objective. To evaluate the efficiency in the reduction of Cr(VI) of bacterial consortia (B. thuringiensis, B. amyloliquefaciens and Paenibacillus sp.) in a Batch type treatment, using municipal wastewater from Río Pasto as a substrate. Methodology. A mathematical model was formulated that reliably predictedthe behavior of the consortia, in relation to their growth and reduction percentage, the results of the simulations were compared with experimental data to select the consortium with the best Cr(VI) reduction results). Subsequently, its efficiency in the reduction of Cr(VI) was determined, using unsterilized residual river water as a substrate. Results. The statistical analyzes highlighted the absence of statistically significant differences in the reduction percentages between the consortia. However, with the selected culture, a reduction percentage of 91% was presented in 156 hours. Conclusion. The results found in this research are promising for their application in the improvement of treatment practices for Cr(VI) bioremediation.Introducción. El metabolismo versátil de los microorganismos permite la biodegradación de una amplia variedad de contaminantes, sin embargo, la creciente ampliación de la industria supera su capacidad de procesamiento de poluentes. El cromo hexavalente Cr(VI) debido a su alta toxicidad es uno de los metales pesados de mayor difusión y preocupación a nivel global. Existen numerosas investigaciones enfocadas en proponer tratamientos para depurar los diferentes ecosistemas afectados con este metal; no obstante, el conocimiento sobre diversos microorganismos de una misma fuente que podrían ayudar a solucionar esta problemática se ve restringido. Objetivo. Evaluar la eficiencia en la reducción de Cr(VI) de consorcios bacterianos (B. thuringiensis, B. amyloliquefaciens y Paenibacillus sp.) en un tratamiento tipo Batch, utilizando como sustrato agua residual municipal del Río Pasto. Metodología. Se formuló un modelo matemático que predijo de manera confiable el comportamiento de los consorcios, con relación a su crecimiento y el porcentaje de reducción, los resultados de las simulaciones fueron comparados con datos experimentales para seleccionar el consorcio con mejores resultados de reducción de Cr(VI). Posteriormente, se determinó su eficiencia en la reducción de Cr(VI), usando como sustrato agua residual del rio sin esterilizar. Resultados. Los análisis estadísticos resaltaron la ausencia de diferencias estadísticamente significativas en los porcentajes de reducción entre los consorcios. No obstante, con el cultivo seleccionado se presentó un porcentaje de reducción de 91% en 156 horas. Conclusión. Los resultados encontrados en esta investigación son promisorios para su aplicación en el mejoramiento de las prácticas de tratamiento para la biorremediación de Cr(VI).

Manual de laboratorio de biología celular

Conociendo la organización y los procesos que se generan a nivel celular y sub-celular se puede comprender la fisiología de todas las organizaciones vivientes desde virus hasta animales; un examen superficial de las estructuras y funciones celulares típicas sugiere que de manera burda, las propiedades de todo organismo multicelular son el reflejo de las propiedades de sus componentes celulares microscópicos; de allí la importancia del curso de biología celular tanto para estudiantes de biología como para disciplinas afines a las ciencias biológicas, tal es el caso de las Ciencias agrícolas, Ciencias pecuarias, Ciencias naturales y Ciencias de la salud. Por otra parte, la base histórica y moderna de la biología celular es la microscopía. Sin embargo, hoy en día los métodos microscópicos se han fusionado con los de la bioquímica, la genética y la biología molecular para producir una perspectiva más amplia en el estudio de las células como unidades vivas y eficientes. La naturaleza dinámica de la célula es evidente por sus variadas respuestas a muchas clases de estímulos, su repertorio de mecanismos de regulación para enfrentarse a un ambiente interno y externo constantemente cambiante, su actitud para funcionar sola o en conjunto con otras células, en el tubo de ensayo o en el organismo, y por sus propiedades de renovación, crecimiento, reproducción y flexibilidad para la evolución. El propósito de las prácticas planteadas en este manual es entender las estructuras celulares y sus moléculas constituyentes. Para tal efecto cada protocolo propuesto describe en detalle la metodología que se va a ejecutar, y mediante el reporte de la práctica realizada (bitácora) motiva al estudiante a fundamentar bibliográficamente las temáticas de cada una de ellas para poder comprender y analizar los fenómenos observados durante su desarrollo y así plasmar de forma coherente los resultados y conclusiones. Para lograr un mejor aprovechamiento del manual se sugiere que los estudiantes lean las prácticas con anterioridad y hagan la revisión literaria correspondiente a cada temática, así se comprenderán mejor los resultados obtenidos durante su desarrollo y el estudiante tendrá suficientes herramientas para hacer una discusión adecuada en su bitácora. Los experimentos que aquí se incluyen están diseñados para realizarse con el equipo de laboratorio con el que cuenta nuestra universidad, la metodología incluida está centrada en el desarrollo de habilidades de ejecución y de razonamiento que permitan al estudiante tener un buen desempeño en un laboratorio de biología celular; fomentando así, tanto el trabajo individual como colectivo

Nontuberculous mycobacteria in milk from positive cows in the intradermal comparative cervical tuberculin test: implications for human tuberculosis infections

Although the tuberculin test represents the main in vivo diagnostic method used in the control and eradication of bovine tuberculosis, few studies have focused on the identification of mycobacteria in the milk from cows positive to the tuberculin test. The aim of this study was to identify Mycobacterium species in milk samples from cows positive to the comparative intradermal test. Milk samples from 142 cows positive to the comparative intradermal test carried out in 4,766 animals were aseptically collected, cultivated on Lowenstein-Jensen and Stonebrink media and incubated for up to 90 days. Colonies compatible with mycobacteria were stained by Ziehl-Neelsen to detect acid-fast bacilli, while to confirm the Mycobacterium genus, conventional PCR was performed. Fourteen mycobacterial strains were isolated from 12 cows (8.4%). The hsp65 gene sequencing identified M. engbaekii (n=5), M. arupense (n=4), M. nonchromogenicum (n=3), and M. heraklionense (n=2) species belong to the Mycobacterium terrae complex. Despite the absence of M. tuberculosis complex species in the milk samples, identification of these mycobacteria highlights the risk of pathogen transmission from bovines to humans throughout milk or dairy products, since many of mycobacterial species described here have been reported in pulmonary and extrapulmonary diseases both in immunocompetent and immunocompromised people

Frequency and diversity of somatic coliphages isolated from seawater, plankton and bivalves samples from baixada Santista, Canal de São Sebastião e Ubatuba.

Os colifagos somáticos (CS) são os melhores indicadores de poluição fecal. Neste trabalho, foi determinada a abundância de CS em amostras de água do mar, plâncton, e bivalves coletadas em Santos, São Sebastião e Ubatuba. Houve correlação positiva entre CS e as bactérias marinhas viáveis, coliformes termotolerantes, E.coli e enterococos intestinais, e a correlação foi negativa com a temperatura. As maiores contagens de CS foram obtidas em Santos. As freqüências das famílias encontradas nas amostras de água do mar e plâncton foram: Siphoviridae (50% e 65,8%), Podoviridae (36% e 15,8%), Microviridae (9% e 15,8%) e Myoviridae (5%, 2,6%), respectivamente. Em bivalves, só foi observada Siphoviridae. Os morfotipos observados foram A1 (3%), B1 (63%), C1 (21%) e D1 (13%). As técnicas de RFLP e rep-PCR não foram discriminatórias. 9,6% dos colifagos apresentaram os genes que codificam para as toxinas ST e/ou LT. O presente estudo está identificando os colifagos como perigos microbiológicos e gerando subsídios para avaliação de riscos microbiológicos no ecossistema marinho.The somatic coliphages (SC) are the better indicator for fecal pollution. In this research, it was obtained the SC abundance in seawater, plankton and bivalves samples collected from Santos, São Sebastiâo and Ubatuba. SC counts were correlated with marine viable bacteria, thermotolerant coliforms, E. coli and intestinal enterococci, and the correlation was negative with the temperature. Highest SC counts were obtained from samples collected at Santos. The frequency of SC families found in seawater and plankton samples were: Siphoviridae (50% and 65.8%), Podoviridae (36% and 15.8%), Microviridae (9% and 15.8%), and Myoviridae (5%, 2.6%), respectively. In bivalves, only Siphoviridae was found. Morphotypes A1 (3%), B1 (63%), C1 (21%) and D1 (13%) were observed. The RFLP and rep-PCR techniques were not discriminatory. 9.6% of coliphages contained genes codifying for thermostable toxin (ST) and/or thermolabil toxin (LT). This study is identifying the coliphages as microbial hazard and giving support to later studies for microbial risk assessment of marine ecosystem

ON MATHEMATICAL MODELING OF A BIOCHEMICAL NETWORK DESCRIBING THE MOLECULAR INTERACTION BETWEEN DENDRITIC CELL RECEPTORS AND MANNOSE LIGAND OF MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS

A nivel mundial se considera a la tuberculosis (TB) como una enfermedad de gran importancia en la salud pública con grandes impactos socioeconómicos, presentando elevadas tasas de incidencia y mortalidad. El modelamiento matemático en el complejo CD-Mtb (Células dentríticas-Mycobacterium tuberculosis) ha sido poco estudiado, lo que representa un problema de investigación que se puede abordar con los avances actuales sobre el modelamiento en escalas moleculares, siendo "el modelo receptor-ligando con representación de estados" el más recomendado para abordar esta dinámica. Adicionalmente, la importancia de estudios en este campo radica en la predicción que permitiría efectuar la modelación en asociación al desarrollo de un estadio de Tb activa o latente. Teniendo en cuenta lo anterior, en esta investigación se enfocó en determinar los principales receptores que se acoplan con el ligando manosa en el proceso molecular de reconocimiento, además de formular a partir de la literatura disponible, una red bioquímica que acople la interacción molecular entre las células dendríticas y el patógeno Mtb en las vías de señalización que implican el reconocimiento de la manosa por los receptores de células dendríticas (DC-SIGN, TLR4, de TLR9, TLR2, MR, Dectin-2, Mincle, FcRy, Dectin-1, SIGNR-3, CR3, SR, Langerin). Se espera que a partir de esta red se desarrollen modelos matemáticos mediante sistemas de ecuaciones diferenciales, esta modelación permitirá manipular variables y parámetros, con el propósito de contestar preguntas acerca de las posibles interacciones mediadas entre doce receptores celulares y el ligando manosa.At global level, tuberculosis (TB) is considered a disease of great importance in public health with high incidence and mortality rates. Mathematical modeling in the CD-Mtb complex (Dentritic cells-Mycobacterium tuberculosis) has not been studied a lots, above represents a research problem that can be addressed with current advances on modeling at molecular scales, being “the receptor-ligand model with representation of states “the most recommended to address biding dynamics. Additionally, the importance of studies in this field lies in the prediction that would allow modeling in association with the development of an active or latent TB stage. Taking into account the above, this research focused on determining the main receptors that are coupled with the mannose ligand in the molecular recognition process, in addition to formulating, based on the available literature, a biochemical network that couples the molecular interaction between the dendritic cells and the pathogen Mtb in the signaling pathways involving recognition of mannose by dendritic cell receptors (DC-SIGN, TLR4, de TLR9, TLR2, MR, Dectin-2, Mincle, FcRy, Dectin-1, SIGNR -3, CR3, SR, Langerin). It is expected that from this network, mathematical models will be developed through systems of differential equations. This modeling will allow the manipulation of variables and parameters, in order to answer questions about the possible interactions mediated between twelve cell receptors and the mannose ligan

Sobre el modelado matemático de la red bioquímica que describe la interacción molecular entre receptores celulares de células dentríticas y el ligando manosa de mycobacterium tuberculosis

At global level, tuberculosis (TB) is considered a disease of great importance in public health with high incidence and mortality rates. Mathematical modeling in the CD-Mtb complex (Dentritic cells-Mycobacterium tuberculosis) has not been studied a lots, above represents a research problem that can be addressed with current advances on modeling at molecular scales, being "the receptor-ligand model with representation of states "the most recommended to address biding dynamics. Additionally, the importance of studies in this field lies in the prediction that would allow modeling in association with the development of an active or latent TB stage. Taking into account the above, this research focused on determining the main receptors that are coupled with the mannose ligand in the molecular recognition process, in addition to formulating, based on the available literature, a biochemical network that couples the molecular interaction between the dendritic cells and the pathogen Mtb in the signaling pathways involving recognition of mannose by dendritic cell receptors (DC-SIGN, TLR4, de TLR9, TLR2, MR, Dectin-2, Mincle, FcRy, Dectin-1, SIGNR -3, CR3, SR, Langerin). It is expected that from this network, mathematical models will be developed through systems of differential equations. This modeling will allow the manipulation of variables and parameters, in order to answer questions about the possible interactions mediated between twelve cell receptors and the mannose ligand.A nivel mundial se considera a la tuberculosis (TB) como una enfermedad de gran importancia en la salud pública con grandes impactos socioeconómicos, presentando elevadas tasas de incidencia y mortalidad. El modelamiento matemático en el complejo CD-Mtb (Células dentríticas-Mycobacterium tuberculosis) ha sido poco estudiado, lo que representa un problema de investigación que se puede abordar con los avances actuales sobre el modelamiento en escalas moleculares, siendo "el modelo receptor-ligando con representación de estados" el más recomendado para abordar esta dinámica. Adicionalmente, la importancia de estudios en este campo radica en la predicción que permitiría efectuar la modelación en asociación al desarrollo de un estadio de Tb activa o latente. Teniendo en cuenta lo anterior, en esta investigación se enfocó en determinar los principales receptores que se acoplan con el ligando manosa en el proceso molecular de reconocimiento, además de formular a partir de la literatura disponible, una red bioquímica que acople la interacción molecular entre las células dendríticas  y el patógeno Mtb en las vías de señalización que implican el reconocimiento de la manosa por los receptores de células dendríticas (DC-SIGN, TLR4, de TLR9, TLR2, MR, Dectin-2, Mincle, FcRy, Dectin-1, SIGNR-3, CR3, SR, Langerin). Se espera que a partir de esta red se desarrollen modelos matemáticos mediante sistemas de ecuaciones diferenciales, esta modelación permitirá manipular variables y parámetros, con el propósito de contestar preguntas acerca de las posibles interacciones mediadas entre doce receptores celulares y el ligando manosa.