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La célula cuenta con una red compleja de componentes biomoleculares capaz de detectar señales externas e internas y elaborar respuestas apropiadas que ayuden a responder frente a las dificultades que presenta el entorno. Estas respuestas implican tomar decisiones de destino celular, como la introducción o no a un programa de diferenciación, proliferación, arresto o apoptosis. La descripción de estos procesos desde una perspectiva modular propone la identificación de distintos módulos funcionales, de cuya interacción emergen las distintas propiedades de los sistemas de toma de decisión. Como objetivo general de esta tesis estudiamos, desde un enfoque de biología de sistemas, los mecanismos biomoleculares involucrados en la toma de decisión a nivel celular. En primer lugar nos centramos en el estudio de módulos ultrasensibles, que cumplen un rol fundamental en varios contextos celulares. Estos módulos se caracterizan por presentar una curva dosisrespuesta sigmoidal, y proporcionan alinealidades que resultan necesarias para producir mecanismos más complejos tales como adaptación, biestabilidad, y oscilaciones. En este trabajo, estudiamos los factores que modulan el desempeño de un motivo ultrasensible (es decir, su ultrasensibilidad), al ser embebido dentro de una cascada de señalización. Primero, utilizamos una configuración sencilla para analizar en qué medida las limitaciones en los rangos barridos por los componentes río arriba y río abajo afectan a la ultrasensibilidad efectiva que distintos mecanismos ultrasensibles aportan al sistema. De esta manera, encontramos que las limitaciones en el rango de entrada disminuyen la ultrasensibilidad del sistema, mientras que las limitaciones en el rango de salida pueden producir tanto un aumento como una disminución de la ultrasensibilidad. En este caso, identificamos que el comportamiento está determinado por las asimetrías de la curva dosis-respuesta del módulo ultrasensible, y observamos que varios de los motivos ultrasensibles más estudiados pueden producir ultrasensibilidades efectivas mucho mayores cuando el componente río abajo limita su rango de lectura. Por otra parte, hallamos una expresión analítica del aporte neto que realiza cada módulo en la construcción de la ultrasensibilidad de una cascada de señalización. Esto permite identificar los efectos del secuestro de componentes compartidos y del reposicionamiento de los rangos dinámicos sobre la ultrasensibilidad de la cascada. Luego, aplicamos la metodología desarrollada para estudiar 2 modelos de cascadas de MAP kinasas de interés biológico. Este estudio aporta herramientas relevantes tanto para entender el comportamiento de una unidad de procesamiento modular ultrasensible inmersa en su contexto fisiológico, como para el diseño de módulos funcionales en un contexto de biología sintética. Finalmente estudiamos los mecanismos biomoleculares involucrados en la vía de respuesta a feromona del organismo modelo Saccharomyces cerevisiae. En este caso estudiamos el proceso de toma de decisión celular respecto a aparearse o no cuando la célula es estimulada con feromona. En particular nos centramos en el estudio de las bases moleculares que sustentan las respuestas celulares del tipo switching. En este contexto, analizamos matemáticamente el modelo biológico propuesto por biólogos de nuestro laboratorio. Testeamos si el modelo era capaz de reproducir los experimentos existentes y luego extrajimos del modelo nuevas hipótesis a ser contrastadas experimentalmente. La posterior falsificación del modelo dio lugar a la formulación de uno nuevo en el cual nos encontramos trabajando actualmente.

Entre 1994 y 1996 se estudiaron los procesos de meteorización y de eutrofización en la cuenca del lago Puelo, ubicada en la cordillera de Los Andes a 42 °S, con especial énfasis en la sub-cuenca del río Azul. Se analizaron con frecuencias estacional/bimensual/semanal el pH, la temperatura, alcalinidad y conductividad, nutrientes, silicatos e iones principales. Todas las aguas analizadas fueron de conductividad baja y de tipo bicarbonato cálcico. La elevada correlación entre sílice y cationes y otras relaciones iónicas, indicaron que los silicatos fueron la principal fuente de iones solubles. No obstante los suelos y rocas de la cuenca están constituidos por minerales mesosilícicos-ácidos, la relación Ca/(Mg+Na+K) > 80 % sugiere la meteorización de rocas carbonáticas. Esta incongruencia se ha encontrado también en otras cuencas graníticas. Los valores de nutrientes se encontraron entre los más bajos reportados en la bibliografía. El coeficiente de exportación areal de fósforo reactivo soluble estimado fue un orden de magnitud superior al observado, debido a la alta capacidad de retención de fosfato de los suelos volcánicos, que cubren el 75 % de la cuenca. Según el concepto saturación de nitrógeno la cuenca está en el estadío 0/4, en el cual la mayor parte del nitrato de las precipitaciones es absorbido por el bosque Sub-Antártico. La relación N/P tuvo un período de neta «limitación» por fósforo en invierno y otro de neta «limitación» por nitrógeno en primavera-verano. La reserva invernal de nitrógeno del lago Puelo no se consumió solamente por el fitoplancton, sino también por el efecto de dilución, producido por la entrada de un gran volumen de agua en primavera, cuyo nitrógeno fue previamente consumido por el bosque.

El método de Seguimiento de Migración de Dunas (SMD) es usado para el cálculo del transporte del material sólido del lecho fluvial, y es de aplicación sencilla cuando se dispone de registros sucesivos de perfiles longitudinales de la misma porción del lecho del curso aluvial. El SMD asume que existe separación del flujo en la zona del frente de avance de la duna, por lo que el material depositado en la zona de recirculación es el generador de su avance. Sin embargo éstas apreciaciones no son claras en los registros de las formas de fondo del río Paraná, ya que éstas presentan formas de fondo menores deslizándose sobre ellas y ángulos de la cara frontal que dejan serias dudas sobre la existencia de una zona de separación. Estos dos aspectos son incluidos en esta Tesis como modificación del clásico método SMD. El análisis de los datos se realizó implementando transformadas de Fourier e histogramas de frecuencias a las longitudes y amplitudes de dunas. La metodología se aplicó a los datos del río Paraná relevados durante eventos de crecidas extremas a la altura del emplazamiento del Túnel Subfluvial Hernandarias (TSH). Las estimaciones obtenidas con el SMD modificado se contrastaron favorablemente con los datos de evolución de trincheras de prueba excavadas en el mismo tramo. Los resultados vinculan ciertos parámetros adimensionales, que indican la relación que se establece entre el transporte de fondo con la hidrodinámica del flujo para los distintos eventos de crecida, teniendo en cuenta la no uniformidad del cauce aluvial.

Tesis optar por el grado de Doctor en Ciencias Agrarias, de la Universidad Nacional de Mar del Plata, en 2014

Los contenidos de carbono y nitrógeno orgánicos del suelo están relacionados con su capacidad productiva. Esta relación es esperable que sea más estrecha en suelos de zonas áridas y semiáridas. La cantidad de carbono que puede secuestrar el suelo es, a la vez, de interés por la posibilidad de usar a los suelos como sumideros de carbono y mitigar el efecto invernadero. Esta tesis tiene como objetivo determinar los efectos del sistema de labranza sobre la dinámica del carbono y el nitrógeno en un suelo de una región semiárida. Se realizó un experimento de campo de larga duración en el que se contrastó un manejo tradicional, que empleaba un arado de disco en la labor principal, con un manejo tradicional, que empleaba un arado de disco en la labor principal, con un manejo de siembra directa. Los contenidos de humedad del suelo fueron superiores bajo siembra directa y mayores también los rendimientos de los cultivos que integraban la rotación siendo, consecuentemente, los aportes de carbono en forma de residuos al suelo también mayores. El flujo anual de carbono emitido a la atmósfera como C - CO2 fue similar entre sistemas de labranza, de lo que resultó un balance de carbono neutro bajo siembra directa y negativo bajo labranza con arado. La producción de C - CO2 aumentó con la cantidad de residuos presentes en el suelo y la temperatura y decrecía al incrementarse la cantidad de nitratos. La descomposición de los residuos vegetales y la liberación al suelo de su nitrógeno fue más rápida en el suelo labrado, lo que llevó a mayores niveles de nitratos a la siembra de algunos cultivos en el tratamiento con labranza en casi todos los cultivos integrantes de la rotación. Bajo siembra directa el suelo no perdió carbono durante el experimento mientras que bajo arado de disco el stock de carbono orgánico del suelo decreció. En regiones semiáridas la adopción de siembra directa determina balances de carbono menos negativos que bajo manejos con labranza, por incrementar las entradas de carbono al suelo y no afectar las salidas por respiración heterótrofa.

Los contenidos de carbono y nitrógeno orgánicos del suelo están relacionados con su capacidad productiva. Esta relación es esperable que sea más estrecha en suelos de zonas áridas y semiáridas. La cantidad de carbono que puede secuestrar el suelo es, a la vez, de interés por la posibilidad de usar a los suelos como sumideros de carbono y mitigar el efecto invernadero. Esta tesis tiene como objetivo determinar los efectos del sistema de labranza sobre la dinámica del carbono y el nitrógeno en un suelo de una región semiárida. Se realizó un experimento de campo de larga duración en el que se contrastó un manejo tradicional, que empleaba un arado de disco en la labor principal, con un manejo tradicional, que empleaba un arado de disco en la labor principal, con un manejo de siembra directa. Los contenidos de humedad del suelo fueron superiores bajo siembra directa y mayores también los rendimientos de los cultivos que integraban la rotación siendo, consecuentemente, los aportes de carbono en forma de residuos al suelo también mayores. El flujo anual de carbono emitido a la atmósfera como C - CO2 fue similar entre sistemas de labranza, de lo que resultó un balance de carbono neutro bajo siembra directa y negativo bajo labranza con arado. La producción de C - CO2 aumentó con la cantidad de residuos presentes en el suelo y la temperatura y decrecía al incrementarse la cantidad de nitratos. La descomposición de los residuos vegetales y la liberación al suelo de su nitrógeno fue más rápida en el suelo labrado, lo que llevó a mayores niveles de nitratos a la siembra de algunos cultivos en el tratamiento con labranza en casi todos los cultivos integrantes de la rotación. Bajo siembra directa el suelo no perdió carbono durante el experimento mientras que bajo arado de disco el stock de carbono orgánico del suelo decreció. En regiones semiáridas la adopción de siembra directa determina balances de carbono menos negativos que bajo manejos con labranza, por incrementar las entradas de carbono al suelo y no afectar las salidas por respiración heterótrofa.

La agricultura y la alimentación son actividades estrechamente vinculadas de las cuales dependen todas las sociedades. Actualmente, parte de la reposición de nutrientes en los sistemas agrícolas se realiza a través de fertilizantes minerales que se obtienen, en gran parte, de yacimientos finitos. Luego, parte de estos nutrientes constituyen los alimentos que tienen por destino, mayoritariamente, los centros urbanos, finalizando, una vez aprovechados por los seres humanos, en rellenos sanitarios, ríos o mares. Esto genera un flujo unidireccional de los nutrientes desde fuentes de alta concentración a fuentes de baja concentración, lo que permite inferir que las futuras generaciones no contarán con fuentes de alta concentración para reponer los elementos extraídos de los sistemas agrícolas. Aunque la existencia o reservorio total de nutrientes a nivel de planeta no cambiará, sí lo hará su concentración y distribución. Las generaciones futuras requerirán concentrar los nutrientes, lo que implicará un incremento en los costos económicos y energéticos. Para poder proyectar una sostenibilidad de la agricultura y la alimentación es necesario superar la visión lineal que prevalece en el abordaje de las mismas y convertirla en cíclica, es decir, pasar de una noción de “sistema alimentario” a una de “ecosistema alimentario”. Aún es incipiente el interés por vincular los flujos de nutrientes entre agricultura y alimentación y tratar de cerrarlos para buscar una mayor autosuficiencia. La generación de un ciclo de nutrientes entre la ciudad y el campo podría lograrse utilizando los residuos sólidos urbanos y aguas servidas. Adicionalmente, es necesario tener en cuenta que muchos de los nutrientes relacionados con la agricultura son exportados, siendo muchos de ellos destinados a la alimentación animal, lo que afecta la autosuficiencia en el ecosistema alimentario. El objetivo general de la tesis es conocer los flujos de nutrientes en el ecosistema alimentario de la provincia de Buenos Aires y su relación con la sostenibilidad, asumiendo que actualmente presenta un flujo unidireccional de nutrientes desde los sistemas agrícolas a los cuerpos de agua. Para el análisis de los flujos de nutrientes en el ecosistema alimentario de la provincia se tomó como referencia el período 2005-2006. Se consideró la conservación de los nutrientes del suelo a partir del cálculo del balance de nutrientes (N, P, K, Ca y S) en horticultura, cultivos extensivos y producción de carne y leche bovina. Se analizó la conservación de los nutrientes del suelo presentando un escenario de cambio de las exportaciones de granos y harinas con destino a la alimentación animal por diferentes tipos de carnes (vacuna, de cerdo o de pollo) producidas a partir de estos alimentos. Finalmente se evaluó la reposición potencial de nutrientes de la ciudad al campo a partir de su reciclaje en la alimentación de la población, considerando los residuos sólidos urbanos y aguas servidas, en relación a las extracciones del conjunto de actividades agropecuarias analizadas. La extracción de nutrientes en la provincia de Buenos Aires por las diferentes actividades agropecuarias fue mayor que la reposición entre fertilización y fijación biológica, lo que señala la disminución de su reservorio en el suelo, con el consiguiente riesgo para la sostenibilidad. La horticultura es la actividad que mejor conserva los nutrientes del suelo (a excepción del K), siendo las producciones más intensivas, que se realizan cerca de los centros urbanos, las que generan mayores excedentes de nutrientes. Estos excedentes deben ser tenidos en cuenta por el riesgo de contaminación que pueden generar por lixiviado en los acuíferos, principalmente, de nitratos. En cambio, las producciones hortícolas semiextensivas (papa (Solanum tuberosum L.)) generan las mayores pérdidas de K, Ca, e incluso de N. También se encontró que la ganadería (producción de carne y leche bovina) genera, en toda su extensión, un vaciamiento de los suelos en K, Ca y S y, además, de P en las zonas de pastizal natural. La fijación biológica de N es una vía natural de ingreso que permite reponer, adecuadamente, este nutriente en la totalidad de los suelos ganaderos de la provincia. La producción de leche, siendo aún más extractiva que la de carne, genera mayores excedentes en N y P por la fertilización y fijación biológica (N), pero mayores pérdidas por unidad de superficie en el resto de los nutrientes (K, Ca y S). Los cultivos extensivos producen un vaciamiento de todos los nutrientes en los suelos (N, P, K, Ca y S). A excepción de P en trigo (Triticum aestivum L.) y cebada cervecera (Hordeum vulgare L. var. distichum), en el resto de los cultivos, se registraron pérdidas en todos los nutrientes, siendo la soja (Glycine max (L.) Merr.) el principal responsable de la pérdida de nutrientes. Los nutrientes contenidos en la exportación de granos y harinas con destino a la alimentación animal constituyen el 66% de los nutrientes del conjunto de cultivos extensivos. La producción agrícola de estas exportaciones genera balances negativos en todos los nutrientes. La sustitución de las exportaciones de granos con destino a la alimentación animal por la de carne obtenida con los mismos (vacuna, de cerdo o de pollo), implicaría una disminución de las salidas de nutrientes de entre 84 y 92%, dependiendo el tipo de carne. Esto implicaría alcanzar, en la superficie que produce los granos con destino a la alimentación animal, balances positivos de N, P y S para cualquiera de las producciones de carne, y de Ca con las producciones de carnes de cerdo y de pollo. Esto implica aportar al mantenimiento de la fertilidad química del suelo en el 46% de la superficie destinada a cultivos extensivos. El consumo anual de alimento fue de 583 kg por persona. Los nutrientes contenidos en estos alimentos representan el 11% del total de nutrientes extraídos por las principales actividades agropecuarias de la provincia. De los nutrientes en los alimentos, un 93% fue ingerido, mientras que el 7% restante fue derivado a residuos sólidos urbanos. Esto implica una posibilidad de reposición de sólo el 10% de los nutrientes que se extraen en las actividades agropecuarias a partir de las aguas servidas y del 1% por residuos sólidos urbanos. El funcionamiento actual del ecosistema alimentario de la provincia de Buenos Aires presenta un riesgo para la sostenibilidad porque los suelos que producen alimentos están disminuyendo la dotación de nutrientes, y la reposición potencial de los mismos a partir del cerramiento de los flujos entre la ciudad y el campo, es baja. Considerando el predominio de fuentes minerales finitas para la reposición, una posibilidad a corto plazo es cambiar el tipo de producto exportado, mientras que, en el largo plazo, será necesario repensar el ecosistema alimentario global para incrementar la vinculación de los nutrientes entre la ciudad y el campo, y entre países productores y demandantes de alimentos.

Se tiene un canal bidimensional de paredes caladas a través de las cuales se inyecta o succiona continuamente un fluido conductor. El flujo dentro del canal es tal que se produce un punto de estancamiento en el centro del mismo. El movimiento es restringido por un campo magnético. Se hace un análisis teórico magnetohidrodinámico de las soluciones de equilibrio para valores asintóticos de los tres parámetros adimensionales de los que depende el problema Re, Rm y MA (Re es el número de Reynolds viscoso, Rm es el número de Reynolds magnético, MA número de Mach Alfvénico). Se estudia la formación de capas límites viscosas y resistivas para los casos de paredes dieléctricas y conductoras, así como también la dependencia del gradiente de presiones con los parámetros adimensionales. Para fluidos altamente conductores (Rm>>l) se encuentra que el campo magnético restringe la salida del fluido cuando MA <1, mientras que favorece el escape cuando MA >1. En el caso de baja conductividad (Rm<<1) el campo magnético controla la salida o entrada del fluido. Para el caso de succión el flujo es inestable a partir de un valor crítico de los parámetros adimensionales. Se encuentran bifurcaciones tipo pitchfork para diferentes valores de los parámetros Re, Rm, MA cuando hay el cambio de estabilidad. Para el caso de inyección el flujo siempre es estable.

El diagnóstico actual de la tuberculosis (TB) se realiza por técnicas lentas y laboriosas que llevan desde semanas a meses o con métodos moleculares rápidos pero de alto costo. El desarrollo de FluoFagos, se basa en el uso innovador de fagos que acarrean genes fluorescentes que permiten la detección específica y sensible de Mycobacterium spp. viables y la determinación del perfil de susceptibilidad a antibióticos directamente en muestras clínicas de pacientes con sospecha de la enfermedad. La aparición de fluorescencia define la viabilidad de la bacteria, lo que es crucial para determinar el tratamiento a seguir. En este contexto existe una necesidad apremiante de métodos diagnósticos rápidos y económicos que combinen sensibilidad, especificidad, bioseguridad, y la determinación rápida de susceptibilidad a los fármacos y que puedan ser aplicados en centros de atención primaria de países en desarrollo donde la incidencia de la TB es alta. Por lo anteriormente planteado, el objetivo principal de esta tesis es validar nuevas metodologías basadas en el uso de FluoFagos para la detección y testeo de susceptibilidad a antibióticos en Mycobacterium tuberculosis. Se realizó la incorporación de tags en la cápside del fago para su empleo en la captura de complejos fago-bacteria comprobando su incorporación mediante western-blot, ELISA e inmunoelectromicroscopía. Los lisados de fagos que acarrean el ¨tag¨ se emplearon para recuperar complejos fago-bacteria usando Mycobacterium smegmatis y se evaluó la afinidad de captura mediante microscopía de fluorescencia. Además, se estudiaron algunos parámetros que pueden afectar el proceso de infección entre ellos los métodos de decontaminación de las muestras clínicas empleados de forma rutinaria en los centros de salud. Por otra parte, se comparó la performance de FluoFagos optimizados, reporteros del gen que codifica para la proteína mCherrybomb para la detección y determinación de resistencia a rifampicina en muestras clínicas (esputos), relacionando la sensibilidad y especificidad con los obtenidos por el método de las proporciones usado como método de referencia. Las muestras clínicas empleadas en este estudio fueron facilitadas por el Laboratorio de bacteriología de la TBC (Inst. Vaccarezza-Hospital Muñiz). Finalmente, se propuso realizar el estudio de las características clínico-epidemiológicas de los pacientes incluidos en la presente investigación con el fin de conocer los aspectos más relevantes asociados a la tuberculosis en la República Argentina. Los resultados obtenidos resaltan la utilidad de los FluoFagos para ser implementados como un método rápido, económico, sensible y específico para diagnosticar la tuberculosis y la resistencia a rifampicina directamente en muestras de esputo, facilitando el tratamiento y prevención de la diseminación de cepas resistentes.

Fil:Bruzzone, Horacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.