Manual de métodos para el estudio de extremófilos

MA. NIEVES TRUJILLO TAPIA RAMON ALBERTO BATISTA GARCIA MARIA EUGENIA HIDALGO LARA ROSA MARIA CAMACHO RUIZ (2023, [Libro])

En un principio, se pensó que si era posible encontrar vida en ambientes con elevada o baja temperatura, con valores de pH muy ácidos o alcalinos o en lugares con baja disponibilidad de agua, alta presión y elevados niveles de salinidad, entonces se podía hallar vida en otros planetas cuyas condiciones fueran similares. Es así como se exploraron los desiertos, glaciares, géiseres, lagos salados, volcanes, ventanas hidrotermales y numerosos lugares extremos. No obstante, el estudio de los ambientes extremos nos ha llevado a la mejor comprensión de la evolución de la vida en la Tierra y a entender las interacciones que se establecen en las comunidades bacterianas para sobrevivir en ambientes hostiles.

Esta publicación, compilada por miembros de la Red Mexicana de Extremófilos (REMEX), se concibió con el propósito de contribuir a la difusión de los procedimientos que la comunidad científica nacional ha desarrollado para el estudio de los ambientes extremos y de los organismos que en estos pueden encontrarse. El manual está organizado en ocho capítulos que abordan temas como: aislamiento, identificación, conservación de microorganismos, extracción, producción, cuantificación, prospección, aplicaciones de sus biomoléculas, así como enfoques bioinformáticos y metagenómicos. Incluye además recomendaciones para buenas prácticas y manejo de residuos. Esta edición busca, además, introducir a investigadores y estudiantes al estudio de la vida en condiciones extremas.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA extremófilos

Metabolites Profile of Extracts and Fractions of Erythroxylum mexicanum Kunth by UHPLC-QTOF-MS/MS and its Antibacterial, Cytotoxic and Nitric Oxide Inhibitory Activities

LAURA PATRICIA ALVAREZ BERBER MARIA DE LOS ANGELES RAMIREZ CISNEROS (2024, [Artículo])

The present study shows the untargeted metabolite profiling and in vitro antibacterial, cytotoxic, and nitric oxide (NO) inhibitory activities of the methanolic leaves extract (MLE) and methanolic stem extract (MSE) of Erythroxylum mexicanum, as well as the fractions from MSE. Using ultra-high performance liquid chromatography/quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry (UHPLC-QTOF-MS/MS), a total of 70 metabolites were identified; mainly alkaloids in the MLE, while the MSE showed a high abundance of diterpenoids. The MSE fractions exhibited differential activity against Gram-positive bacteria. Notably, the hexane fraction (HSF) against Streptococcus pyogenes ATCC 19615 (MIC=62.5 µg/mL) exhibited a bactericidal effect. The MSE fractions exhibited cytotoxicity against all cancer cell lines tested, with selectivity towards them compared to a noncancerous cell line. Particularly, the HSF and chloroform fraction (CSF) showed the highest cytotoxicity against prostate cancer (PC-3) cells, with IC50 values of 19.9 and 18.1 µg/mL and selectivity indexes of 3.8 and 4.2, respectively. Both the HSF and ethyl acetate (EASF) fractions of the MSE inhibited NO production in RAW 264.7 macrophages, with NO production percentages of 50.0% and 51.7%, respectively, at a concentration of 30 µg/mL. These results indicated that E. mexicanum can be a source of antibacterial, cytotoxic, and anti-inflammatory metabolites.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA MS analysis • diterpenoids • biological activities

Aza-Michael Additions of Benzylamine to Acrylates Promoted by Microwaves and Conventional Heating Using DBU as Catalyst via Solvent-Free Protocol

Jaime Escalante García (2023, [Artículo])

In recent years, the use of solvent-free reactions represents a challenge for organic chemists, since it would help to optimize methodologies and contribute to the development of sustainable chemistry. In this regard, our research group has intensified efforts in the search for reactions that can be carried out in the absence of a solvent. In this paper, we present a protocol for the aza-Michael addition of benzylamine to α,β-unsaturated esters to prepare N-benzylated β-amino esters in the presence of catalytic amounts of DBU (0.2 eq) via solvent-free reaction. Depending on the α,β-unsaturated esters, we observed a reduction in reaction times, with good to excellent yields for aza-Michael addition.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA solvent free, β-aminoesters, microwaves, aza-Michaeladdition, DBU

Bioprospección de metabolitos de hongos aislados de ambientes extremos

GABRIELA GUERRA IGLESIAS (2023, [Tesis de maestría])

Las levaduras han sido utilizadas en la industria biotecnológica debido a su gran potencial

terapéutico, ya sea por sus propiedades inmunomoduladoras, antineoplásicas,

antiinflamatorias, antioxidantes, antialérgicas, antibacterianas, antifúngicas y antivirales en

general. Los extractos enriquecidos en pared celular y metabolitos secundarios de

levaduras extremotolerantes y extremófilas son valiosos desde las perspectivas

farmacéutica y biotecnológica. El principal objetivo del presente trabajo fue analizar la

bioactividad de dichos extractos enriquecidos en pared celular y metabolitos

secundarios. Para ello se realizó la obtención de extractos de una colección de levaduras

extremófilas aisladas de glaciares mexicanos y salinas de Eslovenia, crecidas en dos

condiciones de temperaturas. Se evaluó la capacidad de inducir actividad antimicrobiana,

antibioincrustante, herbicida o degradación de lípidos, así como un estudio preliminar de la

naturaleza química de las posibles moléculas presentes en los extractos de nuestro estudio.

Las levaduras crecidas a 15 ° C presentaron mayores rendimientos a los obtenidos para las

crecidas a 28 ° C de manera general. Los extractos de las levaduras Protomyces, Naganishia

albida y Rhodotorula sp.4 crecidas a 15°C, tienen una actividad parcial en la reducción de

lípidos. La cepa P4 crecida a ambas condiciones de temperatura tiene en efecto mínimamente

inhibitorio en la formación de biopelículas, al igual que la levadura P8 crecida a 15 ° C. Ninguno

de los extractos obtenidos presenta actividad antimicrobiana. Las señales de los espectros

indicaron la presencia de mayor diversidad estructural de las moléculas que componen los

extractos a 15 ° C para Cystofillobasidium y Rhodotorula sp.2 con respecto a los de 28°C. Los

extractos de Rhodotorula sp.2, Cystofillobasidium y el hongo Aspergillus pseudoviridinutans

crecidas a 28 ° C presentaron una actividad herbicida del 100 % con inhibición total del

crecimiento, mientras que en las crecidas a 15 ° C solo el extracto de Exophiala Dermatitidis

EXF.8192 presentó acción inhibitoria del crecimiento. Este estudio de bioprospección de

levaduras extremófilas abre por primera vez proyectos a desarrollar encaminados a

aplicaciones biotecnológicas.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA

Environmental Nanoparticles Reach Human Fetal Brains

LILIAN OFELIA CALDERON GARCIDUEÑAS ANGEL AUGUSTO PEREZ CALATAYUD ANGELICA GONZALEZ MACIEL RAFAEL REYNOSO ROBLES Héctor Gabriel Silva Pereyra Andrea Ramos Morales RICARDO TORRES JARDON Candelario de Jesús Soberanes Cerino Raúl Carrillo Esper JESÚS CARLOS BRIONES GARDUÑO Yazmin del Socorro Conde Gutiérrez (2022, [Artículo])

"Anthropogenic ultrafine particulate matter (UFPM) and industrial and natural nanoparticles (NPs) are ubiquitous. Normal term, preeclamptic, and postconceptional weeks(PCW) 8–15 human placentas and brains from polluted Mexican cities were analyzed by TEM and energy-dispersive X-ray spectroscopy. We documented NPs in maternal erythrocytes, early syncytiotrophoblast, Hofbauer cells, and fetal endothelium (ECs). Fetal ECs exhibited caveolar NP activity and widespread erythroblast contact. Brain ECs displayed micropodial extensions reaching luminal NP-loaded erythroblasts. Neurons and primitive glia displayed nuclear, organelle, and cytoplasmic NPs in both singles and conglomerates. Nanoscale Fe, Ti, and Al alloys, Hg, Cu, Ca, Sn, and Si were detected in placentas and fetal brains. Preeclamptic fetal blood NP vesicles are prospective neonate UFPM exposure biomarkers. NPs are reaching brain tissues at the early developmental PCW 8–15 stage, and NPs in maternal and fetal placental tissue compartments strongly suggests the placental barrier is not limiting the access of environmental NPs. Erythroblasts are the main early NP carriers to fetal tissues. The passage of UFPM/NPs from mothers to fetuses is documented and fingerprinting placental single particle composition could be useful for postnatal risk assessments. Fetal brain combustion and industrial NPs raise medical concerns about prenatal and postnatal health, including neurological and neurodegenerative lifelong consequences."

Environmental medicine Placental impairment Neurodevelopmental disorders Fetal brains Erythroblasts Preeclampsia Nanoparticles NPs extracellular vesicles Petrochemical pollution Villahermosa Tabasco BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Modelación, simulación y predicción de los accidentes viales en una intersección mediante autómatas celulares e inteligencia artificial

PABLO HUMBERTO HERNÁNDEZ PERALTA (2023, [Tesis de maestría])

En la actualidad, en diferentes ciudades del mundo, existe una gran variedad de problemas

por el uso de los diferentes sistemas de transporte, principalmente el terrestre, los cuales son

generados por el aumento del parque vehicular y deficiencias en las vías de tránsito que son

rebasadas en capacidad y diseño, esto propicia mayor tiempo de traslado de un punto a otro

y al mismo tiempo una alta emisión de gases que contribuyen al efecto invernadero.

En la última década, los científicos del mundo han puesto un mayor interés en la busca de

soluciones a esta problemática, destacando los modelos que implementan inteligencia

artificial y ciencia de datos para realizar modelos de simulación de distintas condiciones de

tráfico vial.

Como resultado del desarrollo de estos modelos, podemos obtener soluciones a las nuevas

problemáticas que se manifiestan en los sistemas de transporte, mejorando los tiempos de

traslado, disminuyendo las emisiones de gases que causan el efecto invernadero y reduciendo

la probabilidad de accidentes viales.

En el presente estudio, se realizó una simulación de los accidentes viales en una intersección

utilizando las reglas de Nagel & Schreckenberg llamadas autómatas celulares.

Posteriormente se analizaron los datos resultantes para hacer una predicción de los accidentes

viales con inteligencia artificial, específicamente las herramientas de aprendizaje automático.

Currently, in different cities around the world, there is a wide variety of problems due to the

use of different transportation systems, mainly land transportation, which are generated by

the increase in the vehicle fleet and deficiencies in traffic routes that are exceeded. In capacity

and design, this leads to a longer transfer time from one point to another and at the same time

a high emission of gases that contribute to the greenhouse effect.

In the last decade, scientists around the world have placed greater interest in finding solutions

to this problem, highlighting models that implement artificial intelligence and data science

to create simulation models of different road traffic conditions.

As a result of the development of these models, we can obtain solutions to the new problems

that arise in transportation systems, improving travel times, reducing gas emissions that cause

the greenhouse effect and reducing the probability of road accidents.

In the present study, a simulation of road accidents at an intersection was carried out using

the Nagel & Schreckenberg rules called cellular automata. The resulting data was then

analyzed to make a prediction of road accidents with artificial intelligence, specifically

machine learning tools.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA

Análisis transcriptómico de los linfocitos T CD4+ de adultos y neonatos humanos en función de la activación, la edad gestacional y el tipo de nacimiento

LINDA AIMARA KEMPIS CALANIS (2024, [Tesis de doctorado])

La respuesta inmune adaptativa es coordinada por las células T CD4+, que determinan el tipo y la fuerza de la respuesta inmune, así como las células efectoras involucradas durante un desafío inmunitario particular. Se ha reportado que las células T CD4+ de los recién nacidos son menos responsivas y sesgadas en su respuesta, lo que lleva a una activación baja de la respuesta inmune celular y una producción deficiente de anticuerpos por parte de las células B. Esta baja respuesta es esencial para la ventana tolerante que favorece la transición del nacimiento del ambiente estéril en el útero al mundo exterior plagado de antígenos, pero deja a los recién nacidos vulnerables a la infección, que sigue siendo un problema de salud importante en México y el mundo. Los recién nacidos tienen una alta tasa de morbilidad y mortalidad por infecciones. Los mecanismos celulares y moleculares asociados están poco descritos. En este trabajo, nos preguntamos si los linfocitos T CD4+ neonatales, tienen un programa genómico especifico que los predispone a una baja respuesta inmune en comparación con las células vírgenes de adultos. Para responder a esta pregunta, evaluamos el transcriptoma de los linfocitos T CD4+ vírgenes neonatales y de adultos humanos. Nuestros resultados apuntan a una red de regulación muy particular en las células neonatales, que favorece procesos como la proliferación, el metabolismo de la glucosa, la señalización intracelular y una baja respuesta de las células T. Comprender esta red es de suma importancia ya que podría conducir a mejores vacunas para recién nacidos y mejor tratamiento de las enfermedades potencialmente mortales durante este período altamente vulnerable de nuestras vidas. Adicionalmente, quisimos saber si el tipo de nacimiento o la edad gestacional (parto prematuro) influyen en el establecimiento del perfil génico neonatal. Usando transcriptómica, encontramos que, en la transición del nacimiento, el tipo de parto determina el establecimiento del perfil de expresión génica que tendrá el recién nacido, ya que los linfocitos T CD4+ de neonatos nacidos por parto por cesárea presentan un perfil de expresión génica diferente que los de los neonatos nacidos por parto natura. Por otra parte, los neonatos prematuros no cambian mucho su patrón de expresión génico al compararlos con los neonatos de término, nacidos en ambos casos por cesárea. Nuestros hallazgos indican que para los linfocitos T CD4+, el tipo de nacimiento es sumamente importante en el establecimiento del perfil de expresión génica del neonato, teniendo mayor impacto que las últimas semanas de gestación.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA

Degradación de Dexametasona en disolución acuosa mediante procesos avanzados de oxidación

JENNY MARLENE RAMÍREZ MADRID (2023, [Tesis de maestría])

La Dexametasona (Dx) es un glucocorticoide que se utiliza como antinflamatorio e inmunosupresor.

En la pandemia por COVID-19, este medicamento contribuyó a reducir significativamente la

mortalidad en los pacientes que requerían hospitalización y/o asistencia respiratoria, administrando

una dosis de 6 mg/día por 10 días. El incremento de su uso supone probablemente un mayor

vertimiento de Dx en cuerpos de agua, ya que, según su farmacocinética el 10% de la dosis

administrada se excreta por la orina, la remoción es deficiente en las plantas de tratamiento de aguas

residuales hospitalarias convencionales y posee una baja tasa de degradación biológica. En adición,

se ha encontrado que puede experimentar foto transformación parcial en disolución acuosa y generar

otras moléculas con potencial riesgo para el ambiente y la salud humana. Por esta razón, en este

trabajo se estimó el vertimiento de Dx en el Estado de Morelos durante la pandemia por COVID-19

y se ensayó el uso del acople de ozono con peróxido de hidrogeno (O³/H²O²) para la oxidación de la

estructura orgánica de la molécula del fármaco como alternativa a los procedimientos biológicos que

suelen ser menos estables y tienen dificultades para su degradación. Los experimentos se realizaron

a escala de laboratorio en un reactor de 100 mL, la degradación y formación de posibles sub productos

se analizaron por cromatografía líquida con detector de arreglo de diodos (HPLC-DAD),

cromatografía de gases con espectrometría de masas (CGEM) y espectroscopia infrarroja y UV-vis.

Las estimaciones indican que se vertieron aproximadamente 46,914 mg de Dx a diversos cuerpos de

agua del Estado de Morelos entre junio de 2020 a diciembre de 2022. La más alta eficiencia de

degradación fue del 100 % y se obtuvo al exponer una disolución de 10 ppm de Dx a H²O² en una

relación molar fármaco-oxidante de 1:100 y un suministro continuo de ozono por 60 min a un pH de

9. El análisis por IR mostro que las bandas características de Dx (3412 nm, 2952 nm y 2881 nm) se

reducen casi hasta nivel de ruido, sugiriendo una completa mineralización hasta CO² y H²O que se

confirmó a través de la cuantificación del Carbono Orgánico Total (COT). El análisis por HPLC y

CGEM indica que a medida que transcurre la degradación aparecen señales que corresponden a la

formación de posibles sub productos con estructuras como amidas, ácidos carboxílicos y esteres. Por

lo tanto, el acople ozono/H²O² degrada eficiente y en forma reproducible la Dx en disolución acuosa

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA

Physical–Chemical Assessment of Azo Dye Basic Violet I (BVI) Discoloration Using the Corona Plasma in Batch and Flow Systems

Josefina Vergara Sanchez CESAR TORRES SEGUNDO Hugo Albeiro Saldarriaga Noreña (2024, [Artículo])

The decolorization of the Basic violet I (BVI) dye when interacted with a corona discharge is studied in the present work, taking in account two systems, batch and flux. The current and voltage were measured during the whole process in which a corona plasma was generated, with an applied power of 51.9 and 167.72 W where the transport gas was air. A batch reactor and a flow reactor were used, where 500 and 5000 mL of

samples were treated, respectively. Optical emission spectra (OES) were measured where the oxidizing species ・OH were at wavelengths of 307.597 and 310.148 nm, associated with the A2Σ+ − X2Π transition. The absorption spectra for the batch system showed a discoloration of 85.7% in the first 10 min, while in the flow system, the absorption was 93.9% at the same time and 4.5% at the same time by conventional heating. Characteristics of the final sample included an acidic solution with an electrical conductivity of 449.20 } 55.44 and 313.6 } 39.58 μS/cm, a dissolved oxygen concentration of 7.74 } 0.2 and 6.37 } 0.23 mg/L, an absorbance of 0.04 } 0.01 and 0.03 } 0.01 au, with turbidity measuring 1.22 } 1.59 and 10.34 } 4.96 NTU, and an energy cost of 1.1 × 10−1 and 6.3 × 10−1 g/kWh in the batch and continuous flow systems, respectively. The interaction of the corona plasma with water promoted the production of reactive species, resulting in the discoloration of the Basic Violet I dye.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA anions, degradation, dyes and pigments, electrodes, plasma

Propiedades energéticas, estructurales y dinámicas de O₂ en cúmulos y fase líquida

ANTHONI ALCARAZ TORRES (2023, [Tesis de doctorado])

El O₂ líquido se obtiene a través de la destilación fraccionada del aire licuado, en su estado fundamental es un triplete y algunas propiedades mesoscópicas dependen de su espín molecular. Cuando dos moléculas de O₂ interaccionan, sus espínes se acoplan a tres estados electrónicos. Actualmente, contamos con las superficies de energía potencial del dímero de O₂ más exactas, una por cada estado de espín. Conocer el potencial de un cúmulo arbitrario es un reto por resolver debido a que el número de estados de espín crece como 3ⁿ, donde ո es el número de monómeros. En este estudio se aborda la generalización del cálculo de la energía potencial para cada estado de espín en cúmulos de tamaño arbitrario a través de la representación desacoplada y con la aproximación por pares. Se realizó la búsqueda de los mínimos globales tanto en el trímero como en el tetrámero, donde el primero sirvió para validar la metodología utilizada con algoritmos genéticos y el segundo como el preámbulo para el estudio de cúmulos de mayor tamaño. En el tetrámero, las estructuras de los mínimos globales del singulete y triplete coinciden con la celda unitaria observada en fase épsilon: arreglos moleculares paralelos formando un romboide. En estados de multiplicidad mayor, se observaron estructuras que en parte coinciden con lo encontrado para el trímero y las cuales forman un arreglo en forma de gorro o pirámide triangular. En fase líquida resulta imposible abordar su estudio a través de la representación desacoplada como en el caso del trímero o del tetrámero. Los estudios experimentales sobre la estructura del O₂ líquido mostraron que en la primera capa hay un primer pico y un hombro juntos. Además, algunos estudios de dinámica molecular con la teoría de funcionales de la densidad no han podido reproducir el hombro. Por lo tanto, estudiamos la fase líquida del O₂ con dinámica molecular, mediante la aproximación por pares y dos formas de combinar los potenciales del dímero: 1) usando la aproximación canónica y 2) utilizando distribuciones de Boltzmann. Se analizo la estructura local del O₂, a presión atmosférica y en la región supercrítica, con funciones de distribución radial átomo-átomo y correlaciones de orientaciones como función de la distancia entre centros de masas. Se observó que las propuestas de combinaciones lineales de los potenciales del dímero reproducen la estructura local del oxígeno líquido. Sin embargo, la aproximación canónica reproduce con mayor detalle la estructura característica en primera capa, la cual se debe a la contribución de configuraciones como la X y H a distancias cortas. También se encontró que el origen del hombro se debe a configuraciones diferentes a las que habían propuesto otros autores.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA