IIBCE incorpora un nuevo instrumental científico con características únicas en el país

El Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable acaba de poner en funcionamiento un nuevo citómetro y clasificador en flujo, instalado en el Servicio de Citometría de Flujo y Clasificación Celular (SECIF). Se trata de una plataforma tecnológica de apoyo a la investigación pionera en Uruguay en incorporar la clasificación celular en flujo, que permite analizar y clasificar poblaciones de células o partículas subcelulares a alta velocidad. Sus prestaciones pueden aprovecharse en áreas de investigación tanto básicas como aplicadas, así como en instituciones o empresas públicas y privadas.

Recientemente, este servicio ha incorporado un citómetro de flujo y clasificador de última generación MoFlo Astrios EQ (Beckman Coulter). Esto ha sido posible gracias al proyecto “Detección, análisis y clasificación en flujo a escala nanométrica: Aplicaciones a nivel biológico, biotecnológico, ambiental e industrial”, financiado por la Agencia Nacional de Investigación e Innovación (ANII) y el IIBCE en la convocatoria 2016 para la compra de grandes equipos. A su vez, el proyecto cuenta el apoyo del Programa de Desarrollo de Ciencias Básicas (PEDECIBA). El nuevo equipo permite la detección, análisis y clasificación de partículas muy pequeñas empleando citometría de flujo de alta resolución para investigación, desarrollo e innovación en biología, biotecnología, ambiente e industria.

citómetro de flujo y clasificador de última generación MoFlo Astrios EQ (Beckman Coulter)

Citómetro de flujo y clasificador de última generación MoFlo Astrios EQ (Beckman Coulter)

La citometría de flujo es una herramienta que ha experimentado un impulso notable en los últimos años por su rapidez, reproducibilidad, fortaleza estadística y, en varias aplicaciones, por la posibilidad de clasificar células de interés con altísima pureza. El equipo que acabamos de incorporar al Instituto, es capaz de analizar y clasificar en simultáneo partículas de tamaños muy variables, en un rango que entre 0.2 micras (un milímetro dividido por 5000) y 40 micras (un milímetro dividido por 25). Esto es posible por su diseño novedoso que incluye 2 detectores para las señales de tamaño. De este modo, un detector puede optimizarse para visualizar las partículas pequeñas (por ej. las de 0.2 micras) y el otro para las partículas o células de mayor tamaño (por ej. las de 40 micras). Además, el nuevo citómetro de flujo puede analizar 100.000 partículas por segundo y clasificar unas 70.000 por segundo hasta en 6 vías paralelas.

Otra prestación es que permite clasificar células de interés con un grado de pureza igual o mayor a 99%, aún en casos de análisis donde la concentración del material a clasificar es menor a 1%. Esto posibilita una amplia gamma de análisis posteriores y habilita la realización de estudios de material genético y proteínas, por citar algunos ejemplos.

La gran versatilidad y potencialidad del nuevo citómetro combinada con sus características únicas en el país, posibilitará su incorporación a múltiples líneas de investigación fundamental tanto del IIBCE como de otras instituciones académicas. En paralelo, abrirá las puertas para el desarrollo de aplicaciones biotecnológicas de interés en el sector productivo, industrial y de servicios a terceros, incluso sociales.

Es un orgullo y una gran alegría entonces presentarles este poderoso equipamiento científico. Celebramos el nuevo citómetro también invitando a todos los interesados en conocerlo a contactar directamente con el coordinador de la plataforma SECIF, Dr. Gustavo Folle (gfolle@iibce.edu.uy) y el técnico especialista, Mag. Federico Santiñaque (fsantinaque@iibce.edu.uy).

Cluster Locator, una herramienta en línea para analizar y visualizar el agrupamiento de genes

Investigadores del Departamento de Biología del Neurodesarrollo del IIBCE presentaron la herramienta Cluster Locator en “Bioinformatics”, la revista más importante del área.
Compartimos un resumen de este logro que creemos beneficiará a toda la comunidad académica, tanto nacional como internacional.

Determinar las funciones biológicas de los genes o de las proteínas que estos codifican, es uno de los principales objetivos de la biología moderna, ya que es clave para entender el proceso de la vida a nivel molecular. Además de su interés científico, también es fundamental para todas las actividades cuyos productos y servicios involucran conocimiento y capacidad de control sobre los procesos biológicos y los seres vivos, como por ejemplo la producción de alimentos o el desarrollo de nuevos medicamentos. Sin embargo, la función de la mayoría de los genes aún es desconocida y además, como muchos genes poseen varias funciones, es muy probable que muchos de los genes que ya tienen alguna función asignada, posean otras por descubrir.

Actualmente, existen nuevas tecnologías que permiten obtener cantidades enormes de datos sobre cómo se expresan nuestros genes en diversas condiciones. Sin embargo, establecer experimentalmente las funciones biológicas de los genes insume mucho tiempo y dinero. En este contexto, la predicción computacional de funciones génicas ha cobrado suma relevancia.

Estas predicciones tienen la enorme ventaja de dirigir la experimentación a listas de genes con alta probabilidad de ser necesarios para una función biológica particular, ahorrando tiempo y recursos. Los métodos de predicción de función génica que obtienen los mejores resultados utilizan técnicas de inteligencia artificial, en particular, del aprendizaje automático (machine learning). Estos métodos son capaces de aprender a reconocer cuándo es muy probable que un gen tenga cierta función biológica a partir de algunas de sus características.

Desde hace un tiempo, investigadores del Departamento de Biología del Neurodesarrollo del IIBCE comenzaron a investigar la posibilidad de entrenar algoritmos de aprendizaje automático para predecir nuevas funciones de genes a partir de sus ubicaciones relativas en el genoma. Con ese objetivo y en colaboración con investigadores del País Vasco, desarrollaron “Cluster Locator”, una herramienta de análisis computacional que permite analizar estadísticamente la distribución en el genoma de una lista de genes provista por el usuario.

Cluster Locator

¿Cómo funciona?

Una vez que se especifica la lista de genes que se desea analizar, Cluster Locator determina la cantidad, el tamaño y la ubicación de todos los agrupamientos de genes (clusters). La herramienta también realiza un análisis estadístico de los resultados, que permite estimar cuán significativos son o, si por el contrario, el azar podría arrojar resultados similares. La herramienta permite además visualizar un esquema de la distribución los genes de la lista en el genoma.
Más allá de la gran importancia que tendrá para las futuras investigaciones del Departamento, Cluster Locator puede ser muy útil para otros investigadores con otras líneas de investigación, por eso sus desarrolladores decidieron que estuviera disponible en línea en forma gratuita. Y hace pocos días, el grupo de investigación mencionado presentó esta herramienta en un
artículo* publicado por “Bioinformatics”, la revista más importante del área.

Compartimos los enlaces a la herramienta y el artículo de presentación 

Por consultas pueden escribirle a Flavio Pazos fpazos@iibce.edu.uy, Departamento de Biología del Neurodesarrollo del IIBCE.

*Cluster Locator, online analysis and visualization of gene clustering. Flavio Pazos Obregón, Pablo Soto, José Luis Lavín, Ana Rosa Cortázar, Rosa Barrio, Ana María Aransay, Rafael Cantera

El microscopio mágico

Luego de un 2017 muy productivo, pleno de festejos y reconocimientos por nuestro 90 años, en el 2018 tenemos una muy buena noticia para continuar celebrando:

El Instituto acaba de obtener financiación para ejecutar un proyecto vinculado a la Educación, que busca estimular el aprendizaje en el área científica a través de la exploración del mundo microscópico. La propuesta es una de las cinco que serán financiadas luego de haberse presentado al llamado del Fondo Sectorial “Inclusión Digital: Educación con nuevos horizontes” de la ANII.

Coordinado por la Dra. Alejandra Kun del Departamento de Proteínas y ácidos Nucleicos del IIBCE, cuenta con la participación de investigadores, docentes y profesionales de las Facultades de Ingeniería, Ciencias, Medicina y Veterinaria, y del Centro GEN, de Artes y Ciencias.

“El microscopio mágico” será una herramienta informática para estimular el aprendizaje en el área científica y promover una pedagogía establiana, basada en la inclinación natural de los niños hacia la observación, la interrogación y la experimentación. Esta pedagogía fue plasmada en el Plan de Pedagogía Causal de 1931, conocido como el Plan Estable en honor a su creador, el Maestro Clemente Estable. Fue incluso puesta en práctica en varias escuelas públicas del país (Nº 12, Nº70, Escuela Experimental de Malvín, entre otras), durante períodos variables de tiempo entre 1940 y 1980.

El proyecto “El microscopio mágico” se pondrá a prueba en forma piloto en 6 escuelas, 3 rurales y 3 del área metropolitana. En una segunda etapa se extenderá a un número mayor de 30 esceulas aproximadamente. Para ello cuenta con el apoyo de un importante número de docentes con quienes hemos trabajado e intercambiado experiencias de trabajo en torno al Plan Estable.

Se trata de una interfase conectada a la Red Ceibal, donde los estudiantes accederán a un microscopio virtual y encontrarán un repositorio de imágenes originales con diferentes niveles de aumento. A partir de estas microfotografías y con diferentes recursos que permitan el ensayo y el error (como cambiar el foco o la magnificación del microscopio), los niños podrán jugar y aprender al mismo tiempo.  

Todas las imágenes serán generadas en el proyecto con lupa y microscopio óptico, para explorar, con esta nueva herramienta, el acceso a un universo en otras dimensiones. En la plataforma de aprendizaje además, habrá contenidos relacionados con la práctica y las bases físicas de la “magia” del microscopio: la naturaleza de la luz, la historia de la microscopía o cómo preparar muestras para verlas al detalle.

Con este proyecto, desde el Instituto aspiramos a contribuir con el enfoque establiano que coloca al niño como centro, que busca desde su perspectiva una mirada sobre la naturaleza, y una forma de explorar sus incógnitas; rescatando el vínculo que devuelve a la ciencia su condición de arte, por su belleza y su búsqueda del bien.

Eventos 2017_Simposio IIBCE-CUDIM

En el  marco  de  la  conmemoración  de  nuestros  90  años y en conjunto con el Centro Uruguayo de Imagenología Molecular (CUDIM) celebraremos el “Primer Simposio IIBCE-CUDIM: Neurodegeneración y Cáncer”.

Será un evento en el que se analizarán los avances en el conocimiento sobre estas patologías de enorme relevancia sanitaria y social, y se expondrán las investigaciones realizadas integrando las capacidades humanas y las facilidades de ambas instituciones.

Además, se realizarán dos conferencias magistrales y una mesa sobre cooperación interinstitucional con actores relacionados a la ciencia, para articular sinergias y ampliar objetivos tendientes hacia el avance del conocimiento. Finalmente, cerraremos el simposio con un brindis.

Pueden acceder al programa en este enlace.

La entrada es libre y gratuita, previa inscripción por correo_ simposioestablecudim@gmail.com.
Se entregará certificado de asistencia.

La historia de una imagen

La imagen que ilustra esta nota es la carátula de febrero 2017 de la revista Biology Open. El autor es Martín Baccino, quien realizó su maestría en el Departamento de Biología del Neurodesarrollo (DBND) de nuestro Instituto, bajo la supervisión de Rafael Cantera.

En la foto podemos ver una sección del hemisferio cerebral de una larva de la mosca Drosophila tomada con un microscopio confocal. Los colores representan diferentes concentraciones de oxígeno en los núcleos de las células del cerebro, las neuronas. El azul corresponde a la mayor oxigenación y el amarillo a la menor. 

Esto se logró gracias al desarrollo de un biosensor de oxígeno. Para que funcione, la larva de la foto lleva un transgen que le aporta a cada célula dos proteínas: una que emite fluorescencia verde y otra que emite fluorescencia roja. La que emite verde es degradable por el oxígeno, mientras la otra es insensible al oxígeno. Así, cuanto más oxigenada esté una célula menos fluorescencia verde emitirá. De esta manera se puede estimar la concentración relativa de oxígeno en las células, al calcular la proporción de verde y rojo. 

El blanco de la imagen muestra los tubos respiratorios que llevan oxígeno al cerebro. Es notable la correlación entre la extensión de abastecimiento de oxígeno por estos tubos y la cantidad de oxígeno que presenta cada región del cerebro. Esto es parte de la discusión dentro de la publicación científica de Martín, Rafael y otros autores, en la propia revista.

Tapa de la revista Biology Open de febrero 2017, ilustrada por el investigador Martín Baccino

Tapa de la revista Biology Open de febrero 2017, ilustrada por el investigador Martín Baccino. Imagen bajo licencia de Creative Commons 4.0

La información que brindan estos colores es el resultado de años de trabajo y la contribución de varios investigadores. Juntos han dado un paso importante para las Neurociencias. A su vez, es el fruto de la colaboración entre el Instituto,  la Universidad de Friburgo y la Universidad de Zurich en Suiza, donde hoy Martín realiza su doctorado.

Felicitamos al Departamento de Biología del Neurodesarrollo y a Martín por esta bella imagen y su contribución al conocimiento científico.

A continuación transcribimos la historia de esta imagen, que ilustra, en palabras de Rafael Cantera, el proceso de una investigación de calidad.

La línea de investigación sobre la que se basa el trabajo se inició con una observación que nos resultó interesantísima: vimos que en el cerebro larval de la mosca Drosophila existen dos zonas muy distintas en relación a la distribución de los tubos respiratorios que se llaman traqueolas. La zona central está densamente traqueolada y en la zona lateral casi no hay traqueolas. Esto nos sorprendió porque se considera que el cerebro, como cualquier otro tejido con alto metabolismo, debería estar completamente traqueolado para recibir suficiente oxígeno.

La reacción de un tipo celular o un tejido a la hipoxia es un tema importante no solo para quienes estudiamos el desarrollo del cerebro sino también para aquellos que estudian el crecimiento de los tumores, la adaptación del metabolismo celular a distintas condiciones ambientales o a cambios genéticos, entre otros temas interesantes de la biología y la medicina.

Una estudiante de grado que hizo su tesina en nuestro Departamento, Leticia Couto, comenzó el estudio de este tema. Descubrió que a medida que el cerebro de la larva crecía, la zona no traqueolada crecía proporcionalmente. Esto indicaba que la porción del cerebro que recibiría poco oxígeno crecía día a día. A su vez indicaba que el desarrollo normal del cerebro requiere mantener los niveles de oxígeno relativamente bajos (hipoxia) en cierta zona.

También observamos que todas las neuronas funcionales que habían formado sinapsis (los contactos por los que se comunican las neuronas en el cerebro), estaban en la zona traqueolada. En la zona no traqueolada sin embargo, casi no había sinapsis. En lugar de eso, había muchas células madre y su progenie, que aumentaba día a día durante la vida larval. Esto sucedía sin que esas células se diferenciaran en neuronas inmediatamente.

Otros colegas habían descubierto que esos miles de células recién completaban su diferenciación neuronal días más tarde y casi al unísono, durante la metamorfosis de la larva al adulto.

Esto significa que durante varios días de la vida larval, el cerebro crece muchísimo de tamaño, en parte por adición células nuevas, sin que aumente el número de neuronas diferenciadas.

A partir de estas observaciones nuestra primer hipótesis fue que la falta de traqueolas en la zona proliferativa causaba una situación de hipoxia en esa región. Una siguiente hipótesis fue que esta hipoxia promovía la proliferación de las células madre. Por último, pronosticamos que elevar el nivel de oxígeno en la zona no traqueolada tendría consecuencias negativas para el desarrollo del cerebro porque frenaría la proliferación de las células madre.

Para investigar estas hipótesis con Martín establecimos una colaboración con colegas suizos con distintas especialidades. Uno es Boris Egger, co-supervisor de Martín, experto en las células madre que proliferan en la zona del cerebro no traqueolada. Otro es Stefan Luschnig, quien dirigió el doctorado de Tvisha Misra, cuyo objetivo fue construir un sensor de oxígeno que permitiese “medir” lo niveles relativos de oxígeno en células individuales.

El sensor construido por Misra resultó en una cepa de moscas transgénicas que expresan dos proteínas fluorescentes. Una de ellas fluoresce en verde y es muy sensible al oxígeno (cuanto más oxígeno haya en la célula, menos fluorescencia verde emite) y la otra emite fluorescencia roja insensible al oxígeno. De ese modo, registrando la fluorescencia verde y roja emitida por cada célula del cerebro con ayuda de microscopía confocal, se puede calcular, para cada célula, la cuota verde/rojo. Esta cuota se toma como una buena representación de los niveles relativos de oxígeno entre las distintas zonas del cerebro.

Calcular esto para cada célula sería una tarea titánica, porque llevaría demasiado tiempo ya que el cerebro de la larva tiene miles de células. Esta dificultad la superamos con ayuda de otro colaborador suizo (Felix Mittelman) que creó un software que le permitió a Martín calcular el valor de oxígeno automáticamente. Gracias a este software, se pueden analizar las imágenes del microscopio confocal de modo automático. La computadora reconoce cada célula, le registra la intensidad de verde y rojo, calcula la cuota y produce un “mapa” en el cual cada célula tiene un color que representa su valor relativo de oxígeno, aunque en una escala de colores los valores más bajos de oxígeno se representan en amarillo y los más altos en azul.

Gracias a este método Martín consiguió confirmar que la zona de cerebro con pocos tubos respiratorios realmente recibe menos oxígeno que el resto del cerebro. Otro de los experimentos que realizó para investigar nuestras hipótesis, fue mantener las larvas que contienen el sensor en una atmósfera con hiperoxia (mayor cantidad de oxígeno de los normal). Luego midió el oxígeno en cada célula del cerebro al mismo tiempo que identificaba y contaba las células que se dividían. Eso le permitió descubrir que en el cerebro de las larvas mantenidas en hiperoxia disminuye la división celular, comparado a las larvas en condiciones atmosféricas normales. Esa menor proliferación resultó en larvas con cerebros anormalmente pequeños.

Esto coincide perfectamente con nuestras hipótesis: la escasa traqueolación del cerebro lateral impone cierta hipoxia en esa región, lo cual es parte del desarrollo normal del cerebro. La hipoxia promueve la proliferación de las células madre que permiten el crecimiento del cerebro de la larva y su transformación, poco después, en el cerebro del adulto.

Martín hizo otros experimentos que combinados con los experimentos de Tvisha nos permitieron consolidar una propuesta: el sensor de Stefan y Tvisha realmente permite medir niveles de oxígeno con una resolución imposible de conseguir con cualquier otro de los métodos disponibles hasta el momento.

El sensor de Tvisha y Stefan, combinado con el método que permite cuantificar, en pocos minutos, los valores de intensidad de fluorescencia roja y verde en miles de células, nos permitió producir imágenes con la calidad y precisión que ilustra la foto que eligió Biology Open para la tapa de su número de febrero pasado.

Esta imagen ilustra la resolución fantástica que se puede alcanzar con este método. Además, permite pronosticar que el sensor de oxígeno de Tvisha y Stefan, adaptado a otras especies animales y combinado con el método de trabajo desarrollado por Martín, Boris y Félix, permitirá a muchos colegas hacer experimentos que hasta ahora no se podían hacer.

Otra ventaja del sensor es que detecta diferencias muy pequeñas entre células muy cercanas lo cual nos permitió descubrir que dentro de una zona relativamente pequeña del cerebro pueden existir células que parecerían tener niveles de oxígeno bastante distintos y que esas diferencias se correlacionan en parte con el tipo celular. Las células madre, por ejemplo, tienden a ser más hipóxicas que sus hijas y que las neuronas diferenciadas. Estos datos todavía no los hemos publicado porque necesitamos hacer más experimentos y para eso necesitamos incorporar un nuevo estudiante al grupo de trabajo.

Sobre Martín y la financiación de la investigación en Uruguay

Durante el inicio de su carrera de investigador recibió primero una beca de iniciación (ANII) y luego hizo una maestría PEDECIBA con beca de la ANII.  Durante su maestría hizo dos pasantías de tres meses c/u en la Facultad de Biología de la Universidad de Friburgo (Suiza)  bajo la supervisión del Dr. Boris Egger, colaborador del DBND desde tiempo atrás.

Durante su maestría obtuvo fondos del PEDECIBA (alícuotas de estudiante), apoyo económico de fondos suizos para sus pasantías en Friburgo y principalmente un fondo de investigación de la ANII (Fondo Clemente Estable). Luego de defender muy exitosamente su tesis de maestría se mudó a Zurich, donde  está haciendo un doctorado en un programa de posgrado suizo bajo la supervisión de Martin Muller, trabajando también en sistema nervioso de Drosophila, aunque en un tema distinto al de su maestría.

 

 

Calidad del agua. Conocimiento y formación

IIBCE investiga y forma investigadores. Una forma de mostrarlo, es compartir este informe, un curso de posgrado cuyos resultados incluyen propuestas para la gestión del agua. El conocimiento generado se centra en el recurso agua como objeto de conservación y manejo. Busca a su vez, que la toma de medidas se base en la evidencia.

En palabras de la docente e investigadora del IIBCE Claudia Piccini:

Esta publicación resume la información obtenida del curso de posgrado PEDECIBA “Respuesta de los Ecosistemas Acuáticos a Impactos Antropogénicos” dictado en 2016. El curso se centró en la cuenca del arroyo Carrasco e involucró un estudio social y económico de la misma, así como la determinación y análisis de diversos parámetros indicadores de contaminación del agua. Una vez evaluados los resultados obtenidos se realizó una propuesta de posibles medidas de gestión y mitigación de los impactos encontrados, proponiéndose a la calidad del agua como objeto focal de conservación y haciendo referencia a recomendaciones para recuperar la calidad del agua en la cuenca.

Enlace al informe

Nueva publicación internacional entre el IIBCE, el Institut Pasteur de Montevideo y el Instituto Max Planck de Alemania

El Dr. Juan C. Benech e Inés Rauschert, investigadores de nuestro Instituto, han participado en una investigación reciente con resultados importantes para la comunidad académica. El conocimiento, ya publicado, en conjunto con investigadores del Instituto Pasteur de Montevideo (Dr. R. Agrelo) y el Instituto Max Planck de Alemania, abre camino hacia el desarrollo de marcadores tumorales y futuras aplicaciones terapéuticas.

El trabajo se centró sobre el neuroblastoma, un tipo de tumor embrionario que puede causar la muerte en niños. Se origina en progenitores o células inmaduras del sistema nervioso simpático.

Los resultados muestran por primera vez cómo la lámina A/C, componente importante del núcleo celular, se encuentra silenciada, es decir, no se desarrolla en líneas celulares de neuroblastoma. Esto se debe a un mecanismo que los investigadores lograron revertir, modificando el grado de metilación del ADN (parte de su composición química que determina la expresión de ciertos genes).

Utilizando Microscopía de Fuerza Atómica, pudieron ver que las propiedades mecánicas de las células carentes de lámina A/C está modificada; son menos rígidas y tienen mayor capacidad migratoria. Esto, entre otros factores, las volvería más propensas a desarrollar metástasis y tejidos anormales (mayor potencial neoplásico). 

 

Felicitamos a Juan y su equipo por este avance.
Enlace al articulo científico

 

El IIBCE por sus protagonistas

Éste es el IIBCE, un instituto de investigación donde trabajan jóvenes científicos en diferentes etapas de formación, con investigadores consolidados de primer nivel, en distintas áreas de la Biología.

Vocación, dedicación, diversidad y calidad. Investigación uruguaya con proyección internacional, en la frontera del conocimiento.

IIBCE, pasión por la ciencia

 

IIBCE de Alto Impacto_ Cursos 2015_School on molecular and cell biology to unravel the physiology/pathology of diverse biological paradigms

Desde el lunes 9 de noviembre hasta el 20 de noviembre inclusive, se estará desarrollando en el IIBCE el curso internacional de posgrado “School on molecular and cell biology to unravel the physiology/pathology of diverse biological paradigms”.

Las conferencias teóricas son de acceso libre y se llevan a cabo en la Sala de Conferencias del Palladium Business Hotel, situado en Tomas de Tezanos 1146.

El curso es organizado en conjunto entre investigadores internacionales e investigadores nacionales de la Facultad de Ciencias, Facultad de Medicina y nuestro Instituto.

Pueden ver los detalles en el programa aquí.