Creation of a 3D Animation on Evanescent Wave Microscopy and its application in Virology: a tool for the study and understanding of the mechanisms of infection by microorganisms in living cells

En el estudio de los mecanismos de invasión por patógenos (virus, bacterias, parásitos), es importante abordar, a nivel avanzado y molecular, los procesos que gobiernan la fusión de membrana, como uno de los eventos biológicos clave en la infección por microorganismos y en el contexto de las Enfermedades Infecciosas. En este contexto, es importante entender cómo funcionan las proteínas de los patógenos que regulan la invasión de células y tejidos, mediante el control y promoción del proceso de fusión de membrana entre el patógeno y la célula diana. Donde el empleo de la miscroscopía de onda evanescente es importante. Las ilustraciones científicas en este tema suelen ser láminas o esquemas 2D fijos, que ilustran la función de las proteínas implicadas y la fusión de membranas entre patógeno y célula diana, con cadenas secuenciales de imágenes no dinámicas, y difícilmente se ilustra el funcionamiento de este microscopio de última generación. En este capítulo se presenta, a modo de resumen, nuestro proyecto de innovación docente ULL, cuyo objetivo ha sido la creación y generación, por vez primera, de material de Animación 3D para ilustrar de forma pedagógica, y con el mayor reigor ciéntifico, la aplicación de la tecnología de microscopía fluorescente de onda evanescente (TIRFM) en el estudio de células vivas y del mecanismo de su infección por patógenos, aplicándolo a la comprenión del proceso de fusión de membranas y, en particular, al proceso de infección temprana por el virus VIH-1.In the study of the mechanisms of invasion by pathogens (viruses, bacteria, parasites), it is important to address, at an advanced and molecular level, the processes that govern membrane fusion, as one of the key biological events in infection by microorganisms and in the context of Infectious Diseases. In this scenario, it is important to understand how the proteins of the pathogens that regulate the invasion of cells and tissues work, by controlling and promoting the process of membrane fusion between the pathogen and the target cell. In this matter, the use of evanescent wave microscopy (TIRFM) is key and very important. The scientific illustrations in this topic are usually fixed sheets or 2D-diagrams that illustrate the function of the proteins involved and the fusion of membranes between pathogen and target cell, with sequential chains of non-dynamic images, where it is difficult to illustrate how this last generation microscope works. In this chapter we briefly present our ULL teaching innovation project, whose objective has been the creation and generation, for the first time, of a 3D Animation material to illustrate in a pedagogical way, and with the greatest scientific rigor, the application of the evanescent wave fluorescence microscopy technology in the study of living cells and the mechanism of their infection by pathogens, applying it to the understanding of the membrane fusion process and, in particular, to the process of early infection by the HIV-1

3D animations as a tool for a better teaching an understanding of viral early infection processes

En la enseñanza de «Mecanismos de invasión por patógenos», se desarrolla, a nivel avanzado molecular, los «Procesos de fusión de membrana» como uno de los eventos biológicos clave en la infección por microorganismos (virus como paradigma). Por tanto, es importante entender cómo ocurre la fusión de membrana a nivel molecular y dinámico, para la consecución de los objetivos de esta temática científica. Objetivos El presente proyecto de innovación docente pretende crear/generar, por vez primera, material audiovisual de animación 3D para ilustrar pedagógicamente el movimiento de las proteínas virales en el momento de la fusión virus-célula; como se ha descrito por autores del campo (Kielian y Rey, 2006; Sánchez-San Martín, Liu y Kielian, 2009; Smit et al. 2011; Wilen, Tilton y Doms, 2012; Melikyan, 2014), para garantizar la formación avanzada del alumno de Biomedicina/Enfermedades Infecciosas. Metodología Uso de tecnologías gráficas avanzadas y de softwares especializados en modelado y animación 3D, como Autodesk Maya y Zbrush. Resultados Las herramientas audiovisuales realizadas han permitido una mejor comprensión sobre cómo ocurre la fusión de membrana, a nivel molecular y de manera dinámica, en virus tipo VIH-1 (Wilen et al. 2012; Melikyan, 2014) y Dengue (Sánchez-San Martín et al. 2009; Smit et al. 2011). Discusión y conclusiones El modelado y animación con tecnologías 3D son cruciales para el desarrollo de herramientas docentes que mejoren la compresión, enseñanza y la divulgación en Ciencia de procesos biológicos complejos, necesarios para la formación de especialistas con el mayor rigor científico, como en este campo de conocimiento.The “Membrane Fusion Processes” topic has been developed at a molecular advanced level in the teaching of “Pathogen Invasion Mechanisms” as one of the key biological events in the Infection (mainly studied in viruses) and in the context of Tropical Diseases. It is important to understand how membrane fusion occurs at a molecular level and in a dynamic way, to adequately achieve the objectives of this scientific topic. 327 Índice Objetives The present teaching innovation project aims to create, for the first time, 3D animation materials to pedagogically illustrate the movement of viral proteins at the moment of virus-cell fusion, as reported (Kielian and Rey, 2006; Sánchez-San Martín, Liu and Kielian, 2009; Smit et al. 2011; Wilen, Tilton and Doms, 2012; Melikyan, 2014), and in order to guarantee advanced training of students in Biomedicine / Infectious Diseases. Methods Use of advanced graphics technologies and software specialized in 3D modeling and animation (e.g.; Autodesk Maya and Zbrush). Results The 3D animation tools developed have allowed a better understanding of how membrane fusion occurs dynamically at a molecular level, in viruses such as HIV-1 (Wilen et al. 2012; Melikyan, 2014) and Dengue (Sánchez-San Martín et al. 2009; Smit et al. 2011). Discussion and conclusions Animation and 3D technologies are crucial for the development of educational tools key for compression and teaching, as well as, for the dissemination in Science of complex biological processes that occur dynamically in time and space, which are necessary for rigorous training specialists at the highest scientific level

Moléculas motoras y tráfico de membrana: elaboración de una animación 3D y su incorporación a la metodología docente

En el área de conocimiento Biomedicina, respecto de la dinámica de tráfico o transporte vesicular mediado por moléculas motoras, el alumno necesita comprender los objetivos mediante la adquisición de conocimiento por visualización espacio-temporal en 3D, de dicho proceso biológico complejo. En este sentido, la creación de material gráfico de animación 3D para ilustrar de forma pedagógica, y con el mayor rigor científico, las funciones y procesos que ocurren en el interior de las células del sistema inmune, relacionados con molécu- las motoras en el transporte y movimiento de vesículas intracelulares, es de importancia para la compresión de estos procesos y funciones biológicas. Este movimiento motor, por ejemplo, localizado en la membrana plasmática celular, representa la mayor ruta de entrada e infección de muchos patógenos asociados con las Enfermedades Infecciosas (de virus y bacterias) consideradas un problema mayor de salud pública (VIH-1, Zika, Dengue, malaria, etc.). En este ca- pítulo se presenta el proyecto desarrollado a tal efecto, mediante la incorporación de tecnologías gráficas avanzadas al servicio de la animación 3D. Este nuevo material didáctico ha sido realizado por el equipo de científicos, modeladores y expertos en tecnologías gráficas 3D del Laboratorio de Diseño y Fabricación Digital de la ULL (SciArt3D-FabLabULL), que cuenta entre sus miembros con científicos y con expertos en tecnologías gráficas 3D del Laboratorio de Diseño y Fabricación Digital de la ULL.In Biomedicine, regarding the traffic dynamics or vesicular transport mediated by molecular motors, the student needs to understand this complex biological processes through the acquisition of knowledge by spatiotemporal visualization in 3D. In this sense, the creation of graphic material of 3D animation to illustrate in a pedagogi- cal way, and with the highest scientific rigor, the functions and processes that occur inside the cells of the immune system, related to molecular motors in transport and movement of intracellular vesicles, is of importance for the understanding of these biological processes and functions. This motor movement, for example, occurred at cell-plasma membrane, represents a major route of entry and infection of many pathogens associated with Infectious Diseases (i.e., viruses and bacteria), which are considered a major public health problem (HIV-1, Zika, Dengue, malaria, etc.). In this chapter, the project developed for this purpose is presented, through the incorporation of advanced graphic technologies in a new 3D animation. This new didactic material has been made by the team of scientists, modelers and experts in 3D graphic technologies of the ULL Digital Design and Manufacturing Laboratory (SciArt3D-FabLabULL), a team of scientists and experts in 3D graphic technologies from the ULL Digital Design and Manufacturing Laboratory

Spatial scales of COVID-19 transmission in Mexico

During outbreaks of emerging infectious diseases, internationally connected cities often experience large and early outbreaks, while rural regions follow after some delay. This hierarchical structure of disease spread is influenced primarily by the multiscale structure of human mobility. However, during the COVID-19 epidemic, public health responses typically did not take into consideration the explicit spatial structure of human mobility when designing nonpharmaceutical interventions (NPIs). NPIs were applied primarily at national or regional scales. Here, we use weekly anonymized and aggregated human mobility data and spatially highly resolved data on COVID-19 cases at the municipality level in Mexico to investigate how behavioral changes in response to the pandemic have altered the spatial scales of transmission and interventions during its first wave (March–June 2020). We find that the epidemic dynamics in Mexico were initially driven by exports of COVID-19 cases from Mexico State and Mexico City, where early outbreaks occurred. The mobility network shifted after the implementation of interventions in late March 2020, and the mobility network communities became more disjointed while epidemics in these communities became increasingly synchronized. Our results provide dynamic insights into how to use network science and epidemiological modeling to inform the spatial scale at which interventions are most impactful in mitigating the spread of COVID-19 and infectious diseases in general

Depredación por Podisus maculiventris (Say) sobre larvas de Choristoneura rosaceana (Harris)

Choristoneura rosaceana (Harris) es una plaga del manzano Malus domestica Borkh. de reciente aparición en México. Su control depende básicamente del uso de insecticidas químicos; sin embargo, existen registros de enemigos naturales de esta plaga que ejercen un control considerable. El objetivo del estudio fue evaluar la capacidad de depredación de Podisus maculiventris (Say) sobre C. rosaceana. Para lo anterior, en agosto y septiembre de 2014, se recolectaron 1200 larvas de C. rosaceana en huertos de manzano. Asimismo, se recolectaron 87 especímenes del depredador P. maculiventris, de diferentes estadios ninfales, de los cuales 75 se recolectaron en huertos de manzano y 17 en parcelas de maíz, además se recolectaron 22 grupos de huevos (17 en maíz y cinco en manzano). Se realizaron ensayos de consumo de P. maculiventris sobre larvas de C. rosaceana, donde el promedio fue de 0.72 larvas consumidas por día, siendo el primer estadio ninfal el que mostró un mayor promedio de consumo (1.9 larvas/día), en las primeras 24 h y el segundo estadio mostró el mayor promedio a los 7 días (1.2 larvas consumidas/día).Choristoneura rosaceana (Harris) es una plaga del manzano Malus domestica Borkh. de reciente aparición en México. Su control depende básicamente del uso de insecticidas químicos; sin embargo, existen registros de enemigos naturales de esta plaga que ejercen un control considerable. El objetivo del estudio fue evaluar la capacidad de depredación de Podisus maculiventris (Say) sobre C. rosaceana. Para lo anterior, en agosto y septiembre de 2014, se recolectaron 1200 larvas de C. rosaceana en huertos de manzano. Asimismo, se recolectaron 87 especímenes del depredador P. maculiventris, de diferentes estadios ninfales, de los cuales 75 se recolectaron en huertos de manzano y 17 en parcelas de maíz, además se recolectaron 22 grupos de huevos (17 en maíz y cinco en manzano). Se realizaron ensayos de consumo de P. maculiventris sobre larvas de C. rosaceana, donde el promedio fue de 0.72 larvas consumidas por día, siendo el primer estadio ninfal el que mostró un mayor promedio de consumo (1.9 larvas/día), en las primeras 24 h y el segundo estadio mostró el mayor promedio a los 7 días (1.2 larvas consumidas/día)

Depredación por Podisus maculiventris (Say) sobre larvas de Choristoneura rosaceana (Harris)

Choristoneura rosaceana (Harris) es una plaga del manzano Malus domestica Borkh. de reciente aparición en México. Su control depende básicamente del uso de insecticidas químicos; sin embargo, existen registros de enemigos naturales de esta plaga que ejercen un control considerable. El objetivo del estudio fue evaluar la capacidad de depredación de Podisus maculiventris (Say) sobre C. rosaceana. Para lo anterior, en agosto y septiembre de 2014, se recolectaron 1200 larvas de C. rosaceana en huertos de manzano. Asimismo, se recolectaron 87 especímenes del depredador P. maculiventris, de diferentes estadios ninfales, de los cuales 75 se recolectaron en huertos de manzano y 17 en parcelas de maíz, además se recolectaron 22 grupos de huevos (17 en maíz y cinco en manzano). Se realizaron ensayos de consumo de P. maculiventris sobre larvas de C. rosaceana, donde el promedio fue de 0.72 larvas consumidas por día, siendo el primer estadio ninfal el que mostró un mayor promedio de consumo (1.9 larvas/día), en las primeras 24 h y el segundo estadio mostró el mayor promedio a los 7 días (1.2 larvas consumidas/día).Choristoneura rosaceana (Harris) es una plaga del manzano Malus domestica Borkh. de reciente aparición en México. Su control depende básicamente del uso de insecticidas químicos; sin embargo, existen registros de enemigos naturales de esta plaga que ejercen un control considerable. El objetivo del estudio fue evaluar la capacidad de depredación de Podisus maculiventris (Say) sobre C. rosaceana. Para lo anterior, en agosto y septiembre de 2014, se recolectaron 1200 larvas de C. rosaceana en huertos de manzano. Asimismo, se recolectaron 87 especímenes del depredador P. maculiventris, de diferentes estadios ninfales, de los cuales 75 se recolectaron en huertos de manzano y 17 en parcelas de maíz, además se recolectaron 22 grupos de huevos (17 en maíz y cinco en manzano). Se realizaron ensayos de consumo de P. maculiventris sobre larvas de C. rosaceana, donde el promedio fue de 0.72 larvas consumidas por día, siendo el primer estadio ninfal el que mostró un mayor promedio de consumo (1.9 larvas/día), en las primeras 24 h y el segundo estadio mostró el mayor promedio a los 7 días (1.2 larvas consumidas/día)

Iron Behaving Badly: Inappropriate Iron Chelation as a Major Contributor to the Aetiology of Vascular and Other Progressive Inflammatory and Degenerative Diseases

The production of peroxide and superoxide is an inevitable consequence of aerobic metabolism, and while these particular "reactive oxygen species" (ROSs) can exhibit a number of biological effects, they are not of themselves excessively reactive and thus they are not especially damaging at physiological concentrations. However, their reactions with poorly liganded iron species can lead to the catalytic production of the very reactive and dangerous hydroxyl radical, which is exceptionally damaging, and a major cause of chronic inflammation. We review the considerable and wide-ranging evidence for the involvement of this combination of (su)peroxide and poorly liganded iron in a large number of physiological and indeed pathological processes and inflammatory disorders, especially those involving the progressive degradation of cellular and organismal performance. These diseases share a great many similarities and thus might be considered to have a common cause (i.e. iron-catalysed free radical and especially hydroxyl radical generation). The studies reviewed include those focused on a series of cardiovascular, metabolic and neurological diseases, where iron can be found at the sites of plaques and lesions, as well as studies showing the significance of iron to aging and longevity. The effective chelation of iron by natural or synthetic ligands is thus of major physiological (and potentially therapeutic) importance. As systems properties, we need to recognise that physiological observables have multiple molecular causes, and studying them in isolation leads to inconsistent patterns of apparent causality when it is the simultaneous combination of multiple factors that is responsible. This explains, for instance, the decidedly mixed effects of antioxidants that have been observed, etc...Comment: 159 pages, including 9 Figs and 2184 reference

The Helicobacter pylori Genome Project : insights into H. pylori population structure from analysis of a worldwide collection of complete genomes

Helicobacter pylori, a dominant member of the gastric microbiota, shares co-evolutionary history with humans. This has led to the development of genetically distinct H. pylori subpopulations associated with the geographic origin of the host and with differential gastric disease risk. Here, we provide insights into H. pylori population structure as a part of the Helicobacter pylori Genome Project (HpGP), a multi-disciplinary initiative aimed at elucidating H. pylori pathogenesis and identifying new therapeutic targets. We collected 1011 well-characterized clinical strains from 50 countries and generated high-quality genome sequences. We analysed core genome diversity and population structure of the HpGP dataset and 255 worldwide reference genomes to outline the ancestral contribution to Eurasian, African, and American populations. We found evidence of substantial contribution of population hpNorthAsia and subpopulation hspUral in Northern European H. pylori. The genomes of H. pylori isolated from northern and southern Indigenous Americans differed in that bacteria isolated in northern Indigenous communities were more similar to North Asian H. pylori while the southern had higher relatedness to hpEastAsia. Notably, we also found a highly clonal yet geographically dispersed North American subpopulation, which is negative for the cag pathogenicity island, and present in 7% of sequenced US genomes. We expect the HpGP dataset and the corresponding strains to become a major asset for H. pylori genomics

Islanding operation’s effects of distributed generation on distribution networks

En este artículo se presentan los efectos e inconvenientes que se presentan en una red de distribución al operar con fuentes de generación distribuida de modo aislado. Se trabajaron dos situaciones específicas: isla intencional e isla no intencional, analizando principalmente la influencia sobre las corrientes de carga, los perfiles de tensión y la frecuencia del sistema. Para tal estudio se utilizó y modeló la red de distribución de 37 nodos de IEEE, localizando los recursos distribuidos en diferentes nodos y variando el nivel de penetración de 100 kW a 1200 kW. In this paper the effects and issues due to islanding operation with distributed generation in a distribution network are shown.Two specific conditionsare assessed (intentional island and unintentional island) by analyzing the main influence on load currents, voltage profiles and frequency of the system.Whence, the IEEE 37 nodes test grid was modeled and distributed resources locations were varied along the network whilst its capacity is changed from 100 kW to 1200 kW.

Proteína inhibidora de la poligalacturonasa en manzana mexicana (Malus domestica Borkh)

La poligalacturonasa (PG) es una de las enzimas responsables de la pérdida de firmeza de la manzana. La determinación de la presencia y actividad de la proteína inhibidora de la poligalacturonasa (PIPG) es información de alta relevancia como base para otros trabajos, como los relacionados a la incidencia y severidad de enfermedades fungosas en poscosecha, como información básica para su control. Con esta finalidad, se determinó la presencia y actividad de la PIPG en frutos de manzana por medio de un análisis de difusión radial, determinando también índices de madurez y contenido de proteínas totales. Los 20 frutos de cada cultivar, provenientes de una huerta comercial en Cuauhtémoc, Chihuahua, se cosecharon por fecha, pizcando al  azar, bajo un diseño experimental completamente al azar.  ABSTRACT Polygalacturonase (PG) is one of the enzymes responsible for apple fruit firmness loss, therefore, the determination of the presence and activity of polygalacturonase inhibitor protein  (PGIP) is highly relevant information for those studies related to incidence and severity of postharvest fungal diseases and their control. PGIP presence and activity were determined on apple fruit by a radial diffusion analysis, maturity indexes and  total protein content were also quantified. Twenty apple fruits   of each cultivar were sampled from a commercial orchard in  Cuauhtemoc, Chihuahua, Mexico. Apple fruits were sampled  by date, picking them at random, under a completely randomized experimental design