Biomecánica celular y molecular microscópica

Las bacterias tienen apéndices similares a pelos llamados pili, los cuales permiten la adhesión de las células bacterianas a células del cuerpo humano en condiciones de flujo. En E. coli, esta capacidad de adhesión promueve la generación de infecciones como la cistitis. En investigaciones anteriores se ha mostrado que los pili se pueden extender como cuerdas elásticas para limitar el efecto de grandes fuerzas causadas por el flujo de fluidos en el extremo adhesivo del pili. En proyectos llevados a cabo en el grupo de biofísica hemos demostrado que la molécula FimH, encargada de la adhesión entre el pili y la superficie, presenta unas propiedades adhesivas sorprendentes, adicionalmente evidenciamos que . el pili tiene una notable propiedad, se puede unir más fuerte bajo tensión que cuando no hay tensión. Esta propiedad contra intuitiva se llama catch bond (enlace atrapador), muy parecido a las trampas de los dedos que se encuentran en los juguetes de los niños.

En un proyecto en colaboración con el departamento de Ingeniería Mecánica queremos hacer simulaciones y experimentos a múltiples niveles para comprender la forma en que las propiedades de los fluidos, pili y FimH afectan la adhesión bacteriana.

Estudio de propiedades mecánicas de los filamentos de actina de astrocitos infectados por Trypanosoma cruzi

Los astrocitos son responsables de la protección neuronal y de muchas funciones clave en la actividad del sistema nervioso. Estudios de las propiedades mecánicas de los astrocitos han mostrado que su módulo de Young (módulo de elasticidad) disminuye en presencia de drogas, específicamente, inhibidores de síntesis de actina. La enfermedad de Chagas, generada por el parásito Trypanosoma cruzi, compromete el sistema nervioso central, incluyendo los astrocitos. Nuestro interés en este tema es estudiar los cambios en rigidez de los astrocitos cuando son invadidos por el parásito mediante microscopía de fuerza atómica, lo cual permitirá elucidar los efectos de este parásito.

Gerson Cote

Súper resolución con hoja de luz

Investigamos nuevos enfoques en microscopía, como la superresolución, la hoja de luz y la microscopía de campo de luz. Pretendemos desarrollar técnicas novedosas y sencillas de aplicar que puedan arrojar luz sobre los procesos biológicos. Hemos diseñado y construido nuestro propio microscopio de campo de luz en nuestras instalaciones.

Caracterización mecánica del flagelo de trypanosoma cruzi en condiciones de esfuerzo cortante

El análisis biofísico de las interacciones de los patógenos con el huésped puede ofrecer una visión de los procesos de adhesión y la síntesis de nuevos medicamentos. Los parásitos están sometidos a un intenso cizallamiento de medios heterogéneos en arterias y venas, por lo que es interesante entender su mecanismo de adhesión. Estos mecanismos bajo fuerza han sido bien caracterizados en bacterias y leucocitos, sin embargo, para los parásitos este mecanismo es aún desconocido. En el siguiente trabajo se analiza el comportamiento del parásito bajo la influencia de numerosas tensiones de cizallamiento.

Microscopía de fluorescencia en lámina de luz (lsfm) aplicada a estudios de desarrollo en el pez cebra

El estudio de los mecanismos que subyacen al desarrollo y funcionamiento neuronal in vivo es hoy posible gracias a las técnicas de microscopía de fluorescencia de lámina de luz (LSFM), como la Microscopía de Iluminación de Plano Único (SPIM). En este proyecto, desarrollamos una metodología para obtener imágenes de embriones de pez cebra en desarrollo utilizando la SPIM. Esto nos permite identificar las estructuras neurales que expresan una proteína de matriz extracelular, la F-espondina, y caracterizar los patrones de migración de las neuronas del tectum óptico (Tec). Tomamos imágenes de embriones de pez cebra (línea transgénica spon1b:GFP) desde las 24 hasta las 70 horas post-fertilización (hpf), y hemos identificado posibles primordios de bulbos olfatorios (OB) y progenitores habenulares (Hb) a las 24 hpf. Además, aplicamos el procesamiento y análisis de imágenes para obtener trayectorias de células individuales y la morfología, para determinar los mecanismos que podrían ser importantes durante el desarrollo del tectum óptico.

Visualización de biofilms de escherichia coli mediante spim

Estamos desarrollando un sistema para seguir la formación de biopelículas, en condiciones de eflujo continuo de nutrientes, utilizando la Microscopía de Iluminación de Plano Único. Este tipo de microscopía ofrece una mayor resolución espacial y temporal, además de una baja fototoxicidad y fotoblanqueo, y se ha aplicado previamente a otros organismos como el pez cebra y C. elegans. Es de nuestro interés, aplicarlo a las bacterias para seguir el proceso de formación de biofilms y obtener una mejor comprensión de cómo se desarrollan estas comunidades.

Observación de la extensión y retracción de pili bacterial tipo I bajo flujo cortante

En nuestro trabajo estudiamos las propiedades mecánicas de los pili tipo I en bacterias adheridas a una superficie y expuestas a condiciones de flujo variable. Comparamos nuestros resultados con los obtenidos en estudios anteriores con pili individuales, y sugerimos una hipótesis que explica las diferencias observadas. Modelamos el pilus como una cadena que sigue el modelo de la 'freely jointed chain' y lo validamos con nuestros datos experimentales. Finalmente hacemos un paralelo de las propiedades mecánicas de los pili bacterianos con las propiedades del mecanismo que utilizan los mejillones para mantenerse adheridos bajo el oleaje marino.

Dilia Rangel - Nathaly Melina Marin Medina

Validación del Método de Cuantificación de Calcificación Gruesa en Octocorales por Medidas de Fluorescencia

Hoy día, es poco lo que se conoce acerca de la fisiología y mecanismos de acción tras los procesos de calcificación en corales blandos. En este proyecto, se busca validar el uso experimental de técnicas para la cuantificación de calcificación gruesa en Octocorales mediante el uso del microscopio SPIM (Selective Plane Ilumination microscopy) y de fluorescencia.

Susana Simancas

Microscopía de súper resolución por análisis 3B

Más allá del límite óptico –donde no importa cuán bueno sea el microscopio- se esconden estructuras minúsculas al interior de las células. Para poder observarlas y entenderlas mejor se han desarrollado técnicas de súper resolución que aprovechan el encendido y apagado de moléculas fluorescentes para producir imágenes con detalles a escala nanométrica. Trabajamos en la implementación de una de estas técnicas (microscopía por análisis 3B) en nuestro laboratorio. La siguiente imagen (en falso color) muestra la calidad que puede alcanzarse. En el recuadro 1 se observa la muestra fluorescente como se observa en el microscopio a través de un objetivo de 100x. En él se señala la escala (2000 nm) en blanco y en amarillo la región de interés que fue analizada. El recuadro 2 es un zoom digital de la región de interés que se muestra en 1. El recuadro 3 muestra la reconstrucción en súper resolución de la región de interés. La diferencia en resolución entre los recuadros 2 y 3 (que muestran lo mismo) es notoria. Esta reconstrucción en súper resolución se obtuvo a partir de 940 cuadros que fueron analizados computacionalmente durante 1100 minutos.

Jorge Madrid y Christian Poveda

Estudio de las propiedades mecánicas de membranas lipídicas en presencia de péptidos Antimicrobianos

Los péptidos antimicrobianos (PAM) tienen como función matar bacterias sin comprometer las células humanas. Un subgrupo de estos PAM incluye péptidos cortos con carga positiva los cuales inducen poros transmembranales después de una concentración umbral de péptidos adheridos a la membrana.

Estamos interesados en estudiar si antes de la formación de poros los péptidos adheridos modifican las propiedades mecánicas de la membrana afectando desde la adhesión inicial las funciones de la membrana. Estas propiedades mecánicas (módulo de doblamiento, módulo de elasticidad, módulo de Young) se obtendrán mediante mediciones de espectroscopía de fuerzas utilizando el microscopio de fuerza atómica.

Nathaly Marin Medina

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