Tesis/Trabajos de Grado
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Incluye documentos como: monografías, reportes, proyectos, prácticas, informes, entre otros; elaborados como requisito de grado para programas de pregrado y posgrado en la Universidad de los Andes.
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Publicación Acceso abierto Esquema guía para la exploración de conjuntos de datos de bacteriófagos(Universidad de los Andes, 2026-02-13) Sacre Alzate, Andrés; Reyes Muñoz, Alejandro; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Facultad de Ciencias::Biología Computacional y Ecología MicrobianaEl crecimiento incesante de las bases de datos genómicas de bacteriófagos y su disponibilidad en bases de datos públicas, hace cada vez más necesaria la implementación de nuevas técnicas y herramientas que permitan explotar todo su potencial. Ya que a partir de conjuntos grandes de datos, es posible encontrar información valiosa en la generalidad. Para ello se necesitan herramientas en donde fácilmente sea posible hacer inferencias rápidas. Por esta razón las gráficas se convierten en una buena herramienta para desplegar, explorar información y generar conclusiones. Particularmente en el estudio de genomas virales, debido a su naturaleza altamente diversa y sus capacidades para mutar rápidamente, se dificulta el análisis de las relaciones entre ellos y sus hospederos. De modo que surge la necesidad de desarrollar un método de visualización que apoye la búsqueda de relaciones genómicas que permita predecir comportamientos de interacción hospedero-patógeno a partir del cruce de información adicional disponible como metadatos. Para llevar a cabo la implementación de la herramienta se prueban diferentes enfoques metodológicos como las técnicas de aprendizaje no supervisado y soluciones basadas en el uso de grafos. Para lograr este objetivo se evalúan una serie de criterios que permitan determinar cuál es la aproximación más adecuada para la implementación de la herramienta.Publicación Acceso abierto Uncovering novel crAss-like lineages and emerging viral families in the Latin American microbiome(Universidad de los Andes, 2026-01-30) Chinchilla Sarmiento, Sebastian; Reyes Muñoz, Alejandro; Garcia Botero, Camilo Alejandro; Vives Flórez, Martha Josefina; Facultad de Ciencias; Biología Computacional y Ecología Microbiana (BCEM)The human gut virome is dominated by double-stranded DNA bacteriophages, among which crAss-like phages represent one of the most abundant yet least characterized lineages. However, most metagenomic studies have focused on populations from high-income countries, leaving regions such as Latin America underrepresented. In this study, we characterized the diversity, phylogenetic structure, and distribution of crAss-like phages in the Latin American gut microbiome using 606 fecal metagenomes from eight countries. Through metagenomic assembly and a lineage-specific workflow based on hidden Markov models (HMMs), we identified 81 complete crAss-like phage genomes and 38 Gubaphage genomes. Phylogenomic and average nucleotide identity analyses revealed that Latin American phages are distributed across all major crAss-like clades, with a significant contribution of unique lineages not represented in global catalogs. Notably, we identified a subclade within the epsilon lineage that is enriched in Latin American samples, suggesting a region-specific expansion. Gene content analyses revealed a highly conserved structural core and clade-specific accessory repertoires, including genes associated with lysogeny regulation in epsilon. Together, our results expand the global landscape of crAss-like phage diversity and highlight the importance of incorporating underrepresented regions to better understand the evolution and ecology of the human gut virome.Publicación Embargo Análisis de datos de expresión génica para diagnóstico y tipificación de cáncer de próstata(Universidad de los Andes, 2025-12-03) Bejarano Rivera, Lina María; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Lattig Matiz, María ClaudiaEn Colombia, el cáncer de próstata (CaP), ocupa el primer lugar en incidencia y el segundo lugar en mortalidad en hombres, lo que supone un importante problema de salud pública. Actualmente, para su diagnóstico se emplean el tacto rectar digital (DRE, por sus siglas en inglés) y la prueba del antígeno prostático específico (PSA). Sin embargo, estas pruebas presentan limitaciones en cuanto a su precisión para detectar CaP y para la clasificación del cáncer como indolente o clínicamente significativo, por lo que se ha empezado a indagar posibles biomarcadores que permitan identificar CaP con mayor precisión. En el presente estudio, se realizó un análisis de datos de expresión génica en 75 muestras de tejido tumoral de pacientes colombianos diagnosticados con la enfermedad. Se llevaron a cabo análisis orientados a la identificación de genes y RNAs largos no codificantes (lncRNAs) diferencialmente expresados, así como de genes de fusión y ancestría, con el objetivo de proponer posibles biomarcadores asociados al CaP y al CaP clínicamente significativo. Los resultados muestran genes y lncRNAs diferencialmente expresados entre los grupos analizados, los cuales se asocian con procesos de tumorigénesis y progresión metástasica. Respecto a genes de fusión, se identificó que son eventos exclusivos de tumores, destacando la recurrencia del gen de fusión TMPRSS2:ERG, previamente reportado en la literatura. No obstante, estos eventos no resultaron ser frecuentes, por lo que no se consideran candidatos como potenciales biomarcadores. En conjunto, estos hallazgos, resaltan el potencial análitico que tienen los datos transcriptómicos y la necesidad de validar experimentalmente los posibles biomarcadores identificados, asi como su contribución al conocimiento de la enfermedad en nuestro país.Publicación Acceso abierto Efectos de la transformación del paisaje sobre la dinámica ecoepidemiológica de Trypanosoma cruzi: modelo de vectores y hospederos(Universidad de los Andes, 2025-12-03) Páez Capador, Anamaría; Santos Vega, Oscar Mauricio; Cordovez Álvarez, Juan Manuel; Erazo Quintero, Diana Carolina; González Rosas, CamilaLa transformación del paisaje es uno de los principales impulsores de cambios en la ecología y la epidemiología de Trypanosoma cruzi, al modificar la estructura de las comunidades de hospederos, su abundancia y las dinámicas de transmisión. En este trabajo se desarrolló un modelo eco-epidemiológico compartimental que integra la transformación del paisaje, la dinámica poblacional de vectores y hospederos, y múltiples rutas de transmisión, con el fin de evaluar cómo la magnitud y la velocidad del cambio en la cobertura boscosa influyen en la prevalencia del parásito. El modelo considera escenarios independientes de deforestación y reforestación, y analiza la respuesta epidemiológica tanto en vectores como en hospederos domésticos y silvestres. Los resultados muestran que la magnitud de la transformación del paisaje tiene un efecto más determinante sobre la prevalencia que la velocidad del cambio. La deforestación conduce a un aumento pronunciado de la prevalencia en hospederos del paisaje transformado, mientras que la infección en vectores presenta una respuesta más amortiguada. El modelo detallado evidencia que este patrón está dominado por una mayor contribución relativa de grupos generalistas, como roedores y marsupiales, y se ve reforzado por la transmisión oral y la persistencia de individuos en fase crónica.Publicación Acceso abierto New web technologies for comparative genomics(Universidad de los Andes, 2025-12-03) Parra Cortés, Valerie; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; González García, Laura Natalia; Escobar Velasquez, Camilo AndresMultiple approaches have been proposed to address the challenges of storing, analyzing, and visualizing genomic data. In this work, it is proposed the design and implementation of a new web-based software platform for comparative genomics using modern web technologies based on an existing legacy system COGE. The new platform integrates tools for managing genomes and annotations, as well as interactive visualization through a genome browser. A layer-based architecture was implemented to handle large genomic files. The proposed solution was evaluated in terms of software quality attributes, demonstrating improvements in maintainability and reliability compared to the legacy system. In the future, it is expected to incorporate additional comparative genomics analyses and bioinformatics pipelines to further support large-scale, cross-species genomic studies.Publicación Acceso abierto Análisis de pangenoma de Leishmania (Viannia) panamensis(Universidad de los Andes, 2026-01-17) Levy Molano, Laura Cristina; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Reyes Muñoz, Alejandro; González García, Laura NataliaLa leishmaniasis es una enfermedad tropical desatendida causada por parásitos del género Leishmania, siendo L. (V.) panamensis el principal agente etiológico de leishmaniasis cutánea en Panamá y Colombia. A pesar de su importancia epidemiológica, los estudios de diversidad genómica mediante secuenciación de genoma completo son escasos, y el uso de un único genoma de referencia puede introducir sesgos en los análisis genómicos. En este estudio se secuenciaron 31 aislados clínicos de L. (V.) panamensis provenientes de Colombia utilizando tecnología de lecturas largas Oxford Nanopore, generando ensamblajes de alta calidad a nivel cromosoma con NGSEP Assembler, que mostraron alta contigüidad (N50 promedio: 807 kb, longitud total: ~35.47 Mb) con 50-90% de los cromosomas reconstruidos en contigs únicos. Se construyó el primer grafo de pangenoma para esta especie usando Minigraph-Cactus y se realizó identificación de ortogrupos para caracterizar la variación de presencia/ausencia. Los resultados revelaron una inversión de ~300 kb en el cromosoma 30 presente en 15 de 31 aislados, regiones repetitivas en los cromosomas 2, 5 y 27, y la detección de 785,865 SNVs y 514,411 variantes de otros tipos. El análisis filogenético mostró una clara diferenciación entre los zimodemas 2.2 y 2.3, con el zimodema 2.4 agrupándose más cerca de 2.3, mientras que los aislados de Antioquia formaron un clado diferenciado (Lpan3). El pangenoma de genes identificó 12,444 ortogrupos en 28 aislados, con 46.9% constituyendo el genoma central (3,033 ortogrupos), observándose expansiones en las familias génicas de amastinas y tuzinas distribuidas en múltiples cromosomas. Este primer análisis de pangenoma de L. (V.) panamensis y estructura poblacional asociada con la clasificación de zimodemas, proporcionando un marco robusto para futuros estudios sobre diagnóstico, respuesta al tratamiento y epidemiología de la leishmaniasis, mientras que el enfoque de pangenoma minimiza el sesgo de referencia y permite una caracterización comprehensiva de la diversidad genética en este parásito de importancia médica.Publicación Acceso abierto Análisis genómico diferencial de aislamientos clínicos de Klebsiella pneumoniae susceptibles y resistentes a carbapenémicos, causantes de infección en Unidades de Cuidado Intensivo en Colombia(Universidad de los Andes, 2025-12-03) Forero Pineda, Nicolás; Reyes Muñoz, Alejandro; Castro Cardozo, Betsy Esperanza; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Josa Montero, Diego FernandoEste estudio presenta un análisis genómico comparativo de 215 aislamientos clínicos de Klebsiella pneumoniae obtenidos de Unidades de Cuidado Intensivo (UCI) en diez ciudades de Colombia, con el objetivo de caracterizar su estructura poblacional, perfiles de resistencia antimicrobiana y determinantes de virulencia. Mediante secuenciación de genoma completo y enfoques filogenómicos, se identificaron cinco clados principales (A–E) y diez subclados, evidenciando una alta diversidad genética y una amplia distribución geográfica. Los clados A y B se asociaron predominantemente con aislamientos resistentes a carbapenémicos, concentrando genes como blaKPC-3, blaNDM-1 y blaVIM-24, mientras que los clados C, D y E agruparon mayoritariamente aislamientos susceptibles o productores de BLEE. El estudio revela el papel central de los plásmidos y otros elementos genéticos móviles en la diseminación de la resistencia, así como la presencia limitada pero relevante de aislamientos con marcadores de hipervirulencia. Estos hallazgos resaltan la complejidad evolutiva de K. pneumoniae en entornos hospitalarios colombianos y subrayan la importancia de integrar la vigilancia genómica como herramienta clave para el control de la resistencia antimicrobiana.Publicación Acceso abierto Multispecies Coffea genus genomic-scale metabolic reconstruction: insights into caffeine metabolism(Universidad de los Andes, 2025-06-03) Zúñiga Valencia, Federico; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Guyot, Romain; González Barrios, Andrés Fernando; Barrera, Santos; Facultad de Ingeniería::TICSw: Tecnologías de Información y Construcción de SoftwareThis study presents the first genome-scale metabolic reconstruction of the Coffea genus, focusing on caffeine biosynthesis. Fifteen Coffea genomes were analyzed, identifying genes encoding N-methyltransferase (NMT) enzymes responsible for caffeine production. Variations in copy number were found for key genes XMT, MXMT, and DXMT, with DXMT being essential in caffeine-producing species. Based on this annotation, a core metabolic model was generated using KEGG and MetaCyc databases and then refined using curated information. The final model included pathways for the biosynthesis of caffeine and chlorogenic acid and was used to simulate growth and compound production. Reaction deletion analyses identified key steps that could suppress caffeine synthesis without compromising cell viability. This reconstruction provides a valuable framework for future genetic engineering strategies aimed at producing low-caffeine coffee varieties while retaining other beneficial secondary metabolites.Publicación Acceso abierto Análisis transcriptómico de Scedosporium apiospermum y ensamblaje preliminar de Scenedesmus dimorphus como herramientas microbianas para biodegradación de fenol(Universidad de los Andes, 2025-06-03) Duarte Cardona, Natalia Andrea; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Husserl Orjuela, Johana; Facultad de IngenieríaScedosporium apiospermum y Scenedesmus dimorphus son microorganismo con potencial para la biorremediación de compuestos fenólicos, como el fenol, el cual es un contaminante presente en residuos industriales. En este estudio se evaluaron los cambios transcripcionales de S. apiospermum bajo exposición a fenol, mediante análisis de RNA-seq y se analizaron los patrones de expresión diferencial. Se identificaron genes sobreexpresados relacionados con metabolismo de compuestos fenólicos y mecanismos de respuesta al estrés, sugiriendo una activación funcional de rutas de degradación similares a las propuestas en cepas ambientales de esta especie. Por su parte, S. dimorphus fue analizado mediante ensamblaje de novo utilizando secuenciación Oxford Nanopore. El genoma ensamblado fue anotado estructural y funcionalmente, y permitió evidenciar la presencia de microorganismo simbiontes. En conjunto, los resultados integran datos transcriptómicos y genómicos para avanzar en el uso sostenible de microorganismos en procesos de biorremediación.Publicación Acceso abierto ZooxClassML: Evaluation of Machine Learning Models for Classification of Live and Dead Symbiodiniaceae algae(Universidad de los Andes, 2025-06-02) Ariza Rangel, María Alejandra; Sánchez Muñoz, Juan Armando; Nuñez Castro, Haydemar Maria; Facultad de Ciencias::Biología Molecular Marina -BiommarCoral reefs are key contributors to marine biodiversity, and their survival depends on the symbiotic relationship between corals and Symbiodiniaceae algae. One of the main natural dispersers of these microalgae is the parrotfish, which releases them through its feces. Therefore, identifying which cells in fecal samples correspond to Symbiodiniaceae, and more importantly, determining their viability, is crucial for understanding coral reef ecosystems. Flow cytometry is a powerful tool for analyzing cellular characteristics at the single-cell level, but manual classification of these cells is time-consuming and subject to human bias. This study explores the use of machine learning (ML) to automate the classification of algae and sediment particles in parrotfish fecal samples. Initial clustering was carried out using unsupervised algorithms (K-Means and Gaussian Mixture Models), with K-Means producing clearer separation in PCA-reduced feature space. These clusters were used to train supervised models, including Support Vector Machines (SVM), Random Forest and HistGradientBoosting. While models performed similarly, HistGradientBoosting was selected due to its faster training time and comparable accuracy. The models successfully captured biologically meaningful patterns, including the gradual transition from viable to non-viable cells and the accurate identification of sediment particles. This study highlights the value of combining flow cytometry with machine learning to support ecological research and conservation of coral reef environments.Publicación Acceso abierto Dinámica temporal de las comunidades microbianas e incrustantes en unidades artificiales inspiradas en corales: Un estudio de metacodificación de barras de ADN en dos regiones insulares de Colombia(Universidad de los Andes, 2025-06-04) Rivera Forero, Catalina; Sánchez Muñoz, Juan Armando; Ruiz Toquica, Jordan Steven; Villegas Torres, Maria Francisca; Facultad de Ciencias::Biología Molecular Marina -BiommarLos ecosistemas marinos enfrentan múltiples presiones derivadas de actividades antropogénicas y del cambio climático, lo que hace necesaria la implementación de enfoques estandarizados para su seguimiento y monitoreo. En este estudio se evaluaron las dinámicas temporales de las comunidades microbianas e incrustantes que colonizan unidades artificiales, desplegadas en dos regiones insulares en el territorio colombiano: la Isla de San Andres (SAI) en el Caribe y la Isla Gorgona (GOR) en el Pacífico. A través de análisis de metacodificacion de barras de ADN, se caracterizó la composición y diversidad microbiana en función del tiempo de inmersión, la profundidad y la ubicación geográfica. Los resultados revelaron diferencias en la composición taxonómica entre islas, a pesar de presentar una riqueza de especies similar. En las unidades dispuestas en SAI, las comunidades presentaron abundancias diferencialmente mayores de Fusobacteriota y Spirochaetota, mientras que en GOR se observó una mayor abundancia de Verrucomicrobiota y Fibrobacterota. Por su parte, las comunidades eucariotas mostraron abundancias significativamente más altas de algas pardas en SAI frente a las abundancias diferencialmente mayores de algas coralinas en GOR. El análisis de la dinámica temporal mostró una disminución significativa de las abundancias de taxones generalistas (bacterias, diatomeas e hidroides) con el tiempo de inmersión, mostrando un recambio por taxones asociados a comunidades maduras dada la correlación positiva de la abundancia de esponjas y moluscos con el tiempo. El diseño de las unidades artificiales, basado en una matriz de calcita y alginato, permitió una captura eficaz de la diversidad microbiana y de macroorganismos incrustantes. Esta investigación establece un protocolo estandarizado para el seguimiento de las comunidades bioincrustantes marinas, demostrando la utilidad de las unidades patentadas para las evaluaciones ecológicas en océanos cambiantes.Publicación Acceso abierto Genome-scale reconstruction and metabolic modeling of the cadmium-bioaccumulating Bacillus xiamenensis LUK70(Universidad de los Andes, 2024-01-10) Meza Prada, Juan Fernando; González Barrios, Andrés Fernando; Villegas Torres, Maria Francisca; Bernal Giraldo, Adriana Jimena; Facultad de Ingeniería::Grupo de Diseño de Productos y Procesos; Facultad de CienciasTheobroma cacao is an important global crop with two distinct market categories: bulk cocoa and fine flavor cocoa. In Colombia, the production of fine flavor cocoa drives social and economic development in areas affected by armed conflict. However, the accumulation of cadmium in cocoa poses significant health risks and limits its export. While certain Bacillus strains have shown potential for cadmium bioremediation, understanding their metabolic capabilities is essential to optimize their application. Genome-scale metabolic modelling provides a powerful tool to explore the metabolic pathways involved in metal uptake, resistance and transformation, providing insights into how these microorganisms interact with cadmium at a system level. In this study, we developed a genome-scale metabolic model of cadmium-resistant Bacillus xiamenensis present in cocoa fermentation. The genome was annotated from Illumina sequencing to generate various draft models using CarveMe and Raven Toolbox, which were consolidated into a single model undergoing continuous manual curation using literature and databases such as BiGG models, KEGG and Metacyc, thus identifying genes and proteins in metal transport pathways. The model was contextualized through a laboratory-scale culture, measuring biomass, cadmium, sugars, organic acids. The model presented a metabolic network with 1221 metabolites, 1769 reactions and 890 genes. In addition, it shows over 90% consistency in stoichiometry, mass balance and connectivity. Our results demonstrate an approach to the metabolism of B. xiamenensis as a starting point for future research related to the uptake of cadmium and metabolites of interest.Publicación Acceso abierto Computational study of variations on the CNR1 gene and their implications in the interaction of the CB1 receptor with Rimonabant(Universidad de los Andes, 2024-01-14) Arias Ruge, Luisa Fernanda; Miscione, Gian Pietro; Acevedo Castro, Dorian Armando; Muñoz Camargo, Carolina; Vidossich, PietroThe cannabinoid receptor type 1 (CB1) is part of the endocannabinoid system, which is involved in homeostasis processes such as appetite control, pain control and mood regulation among others. Therefore, it is an attractive target for drug design. In recent years a drug for the control of obesity called Rimonabant (in Colombia AMCOPLIA) has been proposed that binds to CB1, acting as a ligand antagonist. However, some people who started using it developed pathologies related to anxiety and depression. The biochemical reasons for this behavior are unknown, although it is hypothesized that, in some cases, interaction with CB1 may trigger these adverse effects. The main objective of this project is to recognize, by means of bioinformatics and computational tools, whether mutations in the NCR1 gene, which codes for the CB1 receptor have an effect on the binding free energy (ΔG) and on the mode of its interaction with the drug Rimonabant. The next step would be to relate variations in the ΔG to conformational changes of the mutated CB1 structures, which could be related to the adverse effects. If this hypothesis is confirmed, modifications of the drug could be proposed to counteract obesity without generating depression-related pathologies.Publicación Acceso abierto Phallett: viral taxonomy genomic distance profiler(Universidad de los Andes, 2024-12-11) Portilla Rincón, Nathalia Andrea; Reyes Muñoz, Alejandro; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Escobar Velásquez, Camilo Andrés; Facultad de Ciencias::Biología Computacional y Ecología MicrobianaViruses are the most abundant biological entities in the world. In particular, bacteriophages modulate microbial communities and have multiple potential applications. Given the exponential growth of sequencing data and an increased representation of non-cultured viruses, there has been a call for guidelines for their taxonomy classification based on genomic data. Although the ICTV (International Committee of Taxonomy Viruses) established updated revisions of classification proposals, there is not a consolidated workflow or an automatic tool for evaluating and unifying classification methods. Genetic distances are generated for most methods and consist of a quick and scaled strategy for unifying metrics. The objective of this project (Phallett) is the development of a workflow that calculates and combines different pairwise genetic distances integrated with the most recent Virus Metadata Resource (VMR) from the ICTV. The software provides a visualization of correlations between distances facilitating the exploration of divergence patterns. The workflow is written in Python and Bash, dependencies are managed through conda environments according to the operating system, and it is organized as a modular structure to facilitate the integration of different tools. The user can analyze groups of genomes or given taxa groups, create a curated database following the latest VMR, calculate mash and ANI metrics displaying a benchmarking of algorithms using customized K-mer sizes parameters, and obtain a correlation panel to evaluate pattern thresholds between groups. Our experiments show that there is a variation in K-mer resolution between algorithms and parameters at the genus-tested level. For the Epseptimavirus genus, there is a split suggestion for species at 94% ANI using the Skani versus Mash, and Skani versus Sourmash algorithms but the correlation is continuous using other algorithms at the same threshold. Additionally, calculation using a Kmer size of seven loses resolution signal for all algorithms. Conversely, the Skunavirus genus has a split pattern suggestion species using Fastani versus Mash, and Fastani versus Sourmash algorithms at 94% ANI but the correlation is continuous using other combinations. For this case, the Kmer size parameter lost calculation resolution using a length of seven for Sourmash algorithm but still giving the signal for the Mash algorithm. These findings suggest that threshold delimitation can not be generalized through genus taxa. It is necessary to establish parameter resolution signals according to algorithms and to standardize their use for taxonomy proposal submissions. The Phallett workflow allows a friendly use and scaled performance for automatic genomic distance calculation.Publicación Acceso abierto Discovery of common cis-regulatory modules (CRMs) for stress response in rice(Universidad de los Andes, 2024-06-05) Bonilla Lopez, Duvan Santiago; Pérez Quintero, Álvaro Luis; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Guyot, Romain; Bernal Giraldo, Adriana JimenaResistance to multiple stresses in plants is achieved through effective modulation and coregulation of response genes. When expressed in a timely manner, these genes enhance the plant's ability to survive in hostile environments, including heat stress conditions (e.g., high temperatures due to climate change) and broad-spectrum diseases. The differential role of a gene in stress responses is associated with variants located in regulatory elements within the promoter region, known as cis-regulatory elements (CREs). These motifs are non-coding short DNA sequences that can regulate gene expression by serving as binding sites for transcription factors (TFBS). A specific combination of these CREs results in increased transcript production of the candidate gene. This grouping of CREs, also called cis-regulatory modules (CRMs), can be conserved across the promoters of different target genes and can be introgressed into rice cultivars of agronomic interest. In this study, we used an in silico approach to discover CRMs present in specific genes related to resistance against high temperatures and broad-spectrum pathogens in different rice varieties. Given the necessary inputs for this approach—genome sequences and lists of functional genes—our method can be applied to the study of other plant species and a wide range of environmental stresses. The rice motifs and modules identified could serve as valuable guides for crop improvement programs and provide a useful starting point for strategies to enhance stress resistance in rice.Publicación Acceso abierto Exploring growth rate influence on quorum sensing: from dynamics to antibiotic responses(Universidad de los Andes, 2024-06-05) Marmolejo Lozano, Juan David; Pedraza Leal, Juan Manuel; Leidy, Chad; Fernández López, Raúl; Facultad de Ciencias::BiofísicaEl Quorum Sensing es un mecanismo crucial de expresión genética en bacterias y está relacionado con fenómenos como la formación de biopelículas y la esporulación. Además, este mecanismo está fuertemente vinculado con la virulencia de infecciones bacterianas, por lo que estudiarlo resulta esencial para el tratamiento de este tipo de afecciones. Nuestro estudio presenta un modelo de Quorum Sensing que considera la tasa de crecimiento bacteriano, un aspecto subestimado en otros estudios. Nuestro modelo permite predecir un fenómeno no reportado en el Quorum Sensing: una disminución en el número de células necesario para activar la respuesta del sistema a medida que la tasa de crecimiento aumenta en entornos de bajo crecimiento, mientras reproduce las tendencias experimentales en entornos de alto crecimiento. Al utilizar modelos farmacocinéticos junto con nuestro modelo, identificamos que dosis periódicas de antibióticos orales pueden inducir oscilaciones en los perfiles de expresión génica, mientras que se inhibe la expresión de los genes del sistema, actuando como "Quorum Quenchers". Estas intervenciones pueden inducir la desactivación de los sistemas de Quorum Sensing sin obstaculizar físicamente la transcripción o la traducción, sino únicamente afectando el quorum y las tasas de crecimiento. Esto sugiere que los antibióticos convencionales pueden actuar como "Quorum Quenchers". Nuestros hallazgos sugieren que incluso cuando la población bacteriana promedio está desactivada, ciertos individuos pueden expresar persistentemente factores de virulencia. Esto destaca la posible necesidad de ajustes en las dosis para minimizar la probabilidad de síntomas de infección o, alternativamente, mantener un nivel de actividad bacteriana para activar la vigilancia inmunológica durante la inactividad. La interacción entre las dinámicas de Quorum Sensing en condiciones de bajo crecimiento y las aplicaciones de antibióticos teóricamente complica la reactivación del sistema durante el tratamiento.Publicación Acceso abierto A step in biosafety: Genetic circuit design for the sabotage of sporulation capacity in Bacillus subtilis progeny(Universidad de los Andes, 2024-01-31) Pachón Dotor, Sergio Andrés; Pedraza Leal, Juan Manuel; Bernal Giraldo, Adriana Jimena; 79782625; 52644215; Chica Pratesi, Claudia; Muñoz Camargo, Carolina; Facultad de Ciencias::BiofísicaBacillus subtilis, a Gram-positive bacterium capable of sporulation through the activation of the spo0A gene, exhibits resilience against adverse conditions. This characteristic positions it as a candidate for hosting designed genetic circuits (DGC) with diverse applications. However, biosafety challenges arise due to the potential limitations of sporulation on disposal processes, despite its advantages in transportation and storage. Ideally, a variant allowing a single sporulation event is essential. Thus, understanding the effect of spo0A elimination during spore maturation in B. subtilis is crucial for safe utilization. Consequently, an in silico genetic circuit inhibiting sporulation in B. subtilis was designed using CRISPR-Cas9 to knock out the spo0A gene, laying the groundwork for future refinement and optimization. The circuit comprises an activation module based on the Lac operon, native to Escherichia coli, regulated by the lactose analog TMG to express Cas9. Another module is induced by sigma-G, a late-stage spore maturation transcription factor in B. subtilis, to express sgRNA targeting spo0A within the forespore. Once the active complex forms, it cuts the spo0A gene. Studies were conducted in both deterministic and stochastic contexts, analyzing the genetic circuit's behavior with or without inducers at different times. Deterministic solutions indicate that the DGC behavior is TMG dose dependent with TMG concentrations of 250 µM and 1000 sigma-G molecules, the circuit successfully sabotages the spo0A gene within 30 minutes. However, assessing the DGC robustness when not induced revealed spo0A cuts in the absence of TMG and sigma-G. Approximately 60% of the B. subtilis population cuts spo0A even when this behavior is not induced. To address this, a basal expression control module with RNA complementary to sgRNA (cRNA) was implemented, reducing undesired spo0A cut rates to less than 10% of the B. subtilis population. Nevertheless, it was demonstrated that the addition of cRNA module had no significative impact in the spo0A knockout time distribution. This study addressed the need for a Bacillus subtilis variant to sporulate only once, favoring disposal processes through CRISPR-Cas9 circuit design proposing that spo0A sabotaging efficacy is TMG dose dependent. An important challenge related to undesired cut rates in the absence of inducers was identified and resolved through a basal expression control module. Additionally, stochastic simulations highlighted noise influence on circuit behavior, emphasizing the significance of considering stochastic aspects in genetic circuit design. Finally, this study provides a solid foundation for future improvement and optimization of genetic circuits controlling sporulation in B. subtilis, with potential applications in synthetic biology and biosafety.Publicación Acceso abierto Machine learning and software development to aid diagnosis of refractory epilepsy(Universidad de los Andes, 2023-12-11) Carvajal Dossman, Juan Pablo; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; Garcés Pernett, Kelly Johany; 80721433; 30687135; Cruz Jiménez, Juan Carlos; Benavides Navarro, Luis Daniel; Facultad de Ingeniería::TICSw: Tecnologías de Información y Construcción de SoftwareEpilepsy, as defined by the World Health Organization (WHO), is a chronic neurological disorder characterized by recurrent seizures. It is a non-transmissible condition that represents a significant proportion of the world's disease burden, affecting approximately 50 million people. Thus, investigating how to improve the different stages of diagnosis and prognosis is of great relevance. The aim of our study is to identify the varying needs in diagnosing and treating this condition. This thesis was conducted as part of a collaborative project between Los Andes university, the epileptology department of Fundacion Hospital Pediatrico de la Misericordia (HOMI) and Biotecgen S.A.S. The general project aims to design and develop a software solution for diagnosing refractory epilepsy. This includes predictive models that integrate information from different exams and analyze them individually. This thesis contributed to this project by establishing the requirements specification and software design. In addition, a classification model for epileptic seizures in EEG exams was developed, achieving high performance. Lastly, a bioinformatics pipeline was defined to extract the maximum possible miRNA information from raw sequencing reads.Publicación Restringido Transposable element-rich regions in genomes of Neocosmospora clinical isolates(Universidad de los Andes, 2023-12-12) Lizcano Salas, Andrés Felipe; Celis Ramírez, Adriana Marcela; Duitama Castellanos, Jorge Alexander; 55173226; 80721433; Reyes Muñoz, Alejandro; Restrepo Restrepo, Silvia; Matute, Daniel; Facultad de Ciencias::Grupo de Investigación Celular y Molecular de Microorganismos Patógenos (Cemop)Transposable elements (TEs) are repetitive DNA elements that can integrate into new genomic locations, contributing to the genome plasticity of fungi. Tes are classified into retrotransposons and DNA transposons based on their transposition intermediate. In some fungal pathogens, regions with a high proportion of TEs are associated with putative virulence factors. Neocosmospora is a trans-kingdom pathogen that can infect plants, animals, and humans. To our knowledge, no previous study has analyzed the genomes of Neocosmospora clinical isolates. For that reason, this project aimed to characterize transposable elements in the genomes of Neocosmospora spp. clinical isolates and compare them with non-clinical isolates. To achieve this goal, we sequenced and assembled genomes of Neocosmospora clinical isolates and used contiguous assemblies of other isolates available in GenBank. We identified and classified TEs on these genomes, and identified and characterized the genes associated with TE-rich regions. To the best of our knowledge, this is the first study that has sequenced and analyzed the genome assemblies of clinical isolates of Neocosmospora and provided the first genome assemblies of N. petroliphila and N. lichenicola. We found that there is a high variance in TEs content both within and between species. Also, TE-rich regions are associated with putative genes related to biosynthesis gene clusters (BGCs), azole resistance, and the acquisition of nitrogen, iron, zinc, and copper. Based on our results, we hypothesized that 1) compartmentalization of Neocosmospora core chromosomes based on changes in TEs distribution could be more relevant than LS-chromosomes in lifestyle adaptation; and 2) TE de-repression in Neocosmospora could be mediated by nutrient starvation.Publicación Acceso abierto Analysis of ancient bacterial genomes from parchment manuscripts(Universidad de los Andes, 2023-12-12) Sacristán Carrillo, Luisa Fernanda; Reyes Muñoz, Alejandro; Rangel Piñeros, Guillermo Andrés; 80181604; Villegas Torres, María Francisca; Facultad de Ciencias::Biología Computacional y Ecología MicrobianaParchment, a material made from collagen extracted from animal hides, was the primary medium for manuscript production in the Middle Ages in Europe, and its manufacturing method depends on the geographical region and the era in which it was produced. Researchers have been able to reconstruct human history and study the culture of civilizations through the information contained in these ancient documents. However, thanks to Next-Generation Sequencing (NGS) techniques, a new field has emerged: biocodicology, which focuses on studying the biological information found in these manuscripts. In this study, the bacterial communities of 57 parchment manuscripts from Iceland, England, and Spain, spanning from the 10th to the 18th century, were analyzed and compared. We found that microbiome analysis serves as a reliable predictor of parchment-making methods and as a differentiator among parchments from various sources. The bacterial communities provide valuable insights into the parchment-making process, including the use of salt, evidence of manipulation, and distinctions in processing, while also indicating the potential presence of pathogens. Based on the analysis of all processed samples thus far, microbiome analysis seems to hold a promising future for advancing our understanding of parchment characteristics and origins.