Termoquímica computacional: en la búsqueda de la precisión química

Introducción: La termoquímica computacional es un campo de gran interés por sus diversas aplicaciones en diferentes campos de la química. En la actualidad, con el avance en el desarrollo de los supercomputadores se pueden emplear diversas metodologías que emplean cálculos de estructura electrónica para estimar valores termodinámicos con errores ~ 1,0 kcal/mol en comparación con los datos experimentales. Metodología: En este artículo se describen brevemente los principales métodos compuestos empleados en la termoquímica computacional como la serie de Petersson, los métodos Weizmann, el modelo HEAT y con especial énfasis en las teorías Gaussian-n. Aplicaciones: Diversas aplicaciones de la termoquímica computacional se presentan en este trabajo tales como el estudio de la reactividad y las estabilidades de nuevos derivados de compuestos químicos con potencialidades como fármacos, estudios de contaminantes en la química de la atmosfera donde se estiman valores importantes de entalpias de formación sobre compuestos derivados del gas de efecto invernadero SF6, estudios de compuestos derivados del petróleo de potencial importancia como nuevos combustibles y el desarrollo de explosivos con estimaciones energéticas de las entalpias de disociación de enlace y de combustión de nuevos compuestos orgánicos. Conclusiones: La termoquímica computacional es una herramienta actual para resolver problemas de la química donde la experimentación es difícil y con un alto costo económico. Se espera en un futuro que esta área desarrolle nuevos métodos y códigos computacionales que permitan estudiar sistemas moleculares de gran tamaño importantes en otras áreas de las ciencias como la física, la biología, ciencias de los materiales, entre otros.

Introdução: A termoquímica computacional é uma área de grande interesse devido às suas diversas aplicações em diferentes campos da química. Hoje em dia, com o avanço no desenvolvimento de supercomputadores, várias metodologias podem ser utilizadas que utilizam cálculos de estrutura eletrônica para estimar valores termodinâmicos com erros de ~ 1,0 kcal/mol em comparação com os dados experimentais. Metodologia: Este artigo descreve resumidamente os principais métodos compostos usados em termoquímica computacional, como a série Petersson, os métodos de Weizmann, o modelo HEAT e com especial ênfase nas teorias Gaussianas-n. Aplicações: Várias aplicações da termoquímica computacional são apresentadas neste trabalho tais como o estudo da reatividade e estabilidades de novos derivados de compostos químicos com potencial como drogas, estudos de poluentes em química atmosférica onde valores importantes de entalpias são estimados de treinamento em compostos derivados do gás de efeito estufa SF6, estudos de compostos derivados do petróleo com potencial importância como novos combustíveis e o desenvolvimento de explosivos com estimativas energéticas das entalpias de dissociação de ligações e combustão de novos compostos orgânicos. Conclusões: A termoquímica computacional é uma ferramenta atual para resolver problemas de química onde a experimentação é difícil e com alto custo econômico. Espera-se que no futuro esta área desenvolva novos métodos e códigos computacionais que permitam estudar grandes sistemas moleculares importantes em outras áreas da ciência como física, biologia, ciência dos materiais, entre outras.

SUMMARY Introductión: Computational thermochemistry is an area of great interest for its various applications in many different fields of chemistry. With the increase of the computational power readily available, it is currently possible to use various calculation based on the electronic structure methods for estimate thermodynamic properties with an error on the order of ~1.0 kcal/mol, which is comparable to experimental values. Methodology: In this work we briefly describe the main composite methods such as Petersson series, the Weizmann methods the HEAT model and with special focus on the Gaussian-n theories. Applications: Various applications of computational thermochemistry are presented in this work such as the study of reactivity and stabilities of new derivatives of chemical compounds with potential use as drugs, studies of pollutants in atmospheric chemistry where important values of enthalpies are estimated of training on compounds derived from the greenhouse gas SF6, studies of compounds derived from petroleum of potential importance as new fuels and the development of explosives with energy estimates of the enthalpies of bond dissociation and combustion of new organic compounds. Conclusions: Computational thermochemistry is a current tool to solve chemistry problems where experimentation is difficult and with a high economic cost. It is expected in the future that this area will develop new methods and computational codes that allow studying large molecular systems important in other areas of science such as physics, biology, materials science, among others.

Descubrimiento de fármacos basado en imagenología de células vivas / Drug discovery based on live cell imaging

RESUMEN El diseño eficiente de compuestos aprovechando las características estructurales de las moléculas y la búsqueda eficiente de dianas terapéuticas, ha proporcionado herramientas efectivas en la investigación de nuevos tratamientos cuando esta se enfoca en mecanismos celulares de la enfermedad. Los cambios fenotípicos producidos por la interacción in vitro entre molécula-diana, pueden controlarse cuantitativamente mediante imagenología de células vivas. Para garantizar una interacción adecuada, es necesario considerar diferentes elementos cruciales: 1. Las características estructurales y la dinámica molecular del compuesto a evaluar. 2. La relevancia del blanco para la fisiopatología de interés. Sin embargo, el desconocimiento del panorama general en el descubrimiento de fármacos, desde problemáticas estructurales y celulares, ha enlentecido la búsqueda de nuevos tratamientos. Esta revisión descriptiva de tema presenta algunos aspectos estructurales importantes para la caracterización de compuestos como candidatos terapéuticos, y aproximaciones experimentales para desarrollo de sistemas celulares. Los tópicos discutidos se enfocan en la monitorización por imagenología de células vivas y así mismo proporcionamos ejemplos relevantes. La monitorización de efectos fenotípicos producidos por interacciones entre candidato químico y blanco terapéutico en un sistema celular puede favorecer la búsqueda eficiente de moléculas potencialmente terapéuticas.

SUMMARY The efficient compounds' design taking advantage of the molecule's structural characteristics and efficient search for therapeutic targets has provided effective tools for the research of new treatments when this is focused on disease cellular mechanisms. Phenotypic changes produced by in vitro interaction between molecules and targets can be monitored quantitatively by live cell imaging. To guarantee adequate interaction, it is necessary to consider different crucial elements: 1. Structural characteristics and molecular dynamics of the evaluated compound. 2. Target relevance for the concern physiopathology. However, overview's ignorance of the drug discovery, from structural and cellular problems, has slowed the new treatments research. This literature review presents some important structural aspects for compounds' characterization as therapeutic candidates and experimental approaches for cellular systems development. Subjects discussed are focused on live cell imaging and we also provide relevant examples. Phenotypic monitoring of interactions' produced effects between the chemical candidate and therapeutic target in a cellular system can favor the efficient search of potentially therapeutic molecules.

In Silico Characterization and Expression Analysis Of The Alpha Subunit Of The Heteromeric Acetyl-Coenzyme A Carboxylase From Two Microalgae / Caracterización in silico y análisis de la expresión de la subunidad alfa de la acetil-coenzima a carboxilasa heteromérica de dos microalgas

RESUMEN Las microalgas son microorganismos fotosintéticos con gran potencial para abastecer las demandas energéticas mundiales. Sin embargo, los limitados conocimientos que se tienen de estos organismos, en particular a nivel molecular de los procesos metabólicos, han limitado su uso con estos propósitos. En esta investigación se ha realizado el análisis in silico de la subunidad alfa de la acetil-Coenzima A carboxilasa heteromérica (αACCasa), una enzima clave en la biosíntesis de lípidos de las microalgas Chlorella sp. y Scenedesmus sp. Asimismo, se ha medido la expresión de este gen en ambas especies cultivadas en medios deficientes de nitrógeno. Los resultados indican que la αACCasa muestra conservación estructural y funcional en ambas especies de microalgas y su mayor similitud genética con otras especies de microalgas. Asimismo, se ha mostrado que el nivel de expresión del gen se incrementa significativamente cuando las microalgas son cultivadas en ausencia de nitrógeno, lo cual se relaciona a su vez con una mayor acumulación de lípidos microalgales. En conclusión, el análisis in silico de la αACCasa de Chlorella sp. y Scenedesmus sp. presentan características estructurales, funcionales y evolutivas muy similares con otras especies de microalgas y plantas. Asimismo, el estudio revela que en ambas especies el gen se sobreexpresa cuando las microalgas son sometidas a estrés por deficiencia de nitrógeno, el cual se relaciona significativamente con la acumulación de lípidos totales en estas células.

ABSTRACT Microalgae are photosynthetic microorganisms with great potential to supply the world's energy demands. However, the limited knowledge of these organisms, particularly at the molecular level of metabolic processes, has limited their use to these purposes. In this investigation, the in silico analysis of the alpha subunit of the heteromeric acetyl-coenzyme A carboxylase (αACCase), a key enzyme in lipid biosynthesis of microalgae Chlorella sp. and Scenedesmus sp. was carried out. Also, the expression of this gene has been measured in both species cultivated in nitrogen-depleted media. Results indicate that αACCase shows structural and functional conservation in both species of microalgae and their greater genetic similarity with other species of microalgae. Also, it has been shown that the expression levels of this gene are significantly increased when the microalgae are cultured in the absence of nitrogen, which in turn is related to a greater accumulation of microalgal lipids. In conclusion, the in silico analysis of the Chlorella sp. and Scenedesmus sp. αACCase reveals structural, functional and evolutionary characteristics very similar to other microalgae and plant species. Also, the study reveals that in both species the gene is overexpressed when microalgae are subjected to nitrogen deficiency stress, which is significantly related to total lipids accumulation in these cells.

Características de la estructura molecular de las proteínas E del virus del Zika y E1 del virus de la rubéola y posibles implicaciones en el neurotropismo y en las alteraciones del sistema nervioso / E-ZIKV and E1-RV proteins molecular structure and their potential implications in neurotropism and nervous system disorders

Resumen Introducción. El virus del Zika (ZIKV) es un flavivirus con envoltura, transmitido a los seres humanos principalmente por el vector Aedes aegypti. La infección por ZIKV se ha asociado con un gran neurotropismo y con efectos neuropáticos, como el síndrome de Guillain-Barré en el adulto y la microcefalia fetal y posnatal, así como con un síndrome de infección congénita similar al producido por el virus de la rubéola (RV). Objetivo. Comparar las estructuras moleculares de la proteína de envoltura E del virus del Zika (E-ZIKV) y de la E1 del virus de la rubéola (E1-RV), y plantear posibles implicaciones en el neurotropismo y en las alteraciones del sistema nervioso asociadas con el ZIKV. Materiales y métodos. La secuencia de aminoácidos de la proteína E-ZIKV (PDB: 5iZ7) se alineó con la de la glucopreteína E1 del virus de la rubéola (PDB: 4ADG). Los elementos de la estructura secundaria se determinaron usando los programas Vector NTI Advance®, DSSP y POSA, así como herramientas de gestión de datos (AlignX®). Uno de los criterios principales de comparación y alineación fue la asignación de residuos estructuralmente equivalentes, con más de 70 % de identidad. Resultados. La organización estructural de la proteína E-ZIKV (PDB: 5iZ7) fue similar a la de E1-RV (PDB: 4ADG) (70 a 80 % de identidad), y se observó una correspondencia con la estructura definida para las glucoproteínas de fusión de membrana de clase II de los virus con envoltura. E-ZIKV y E1-RV exhibieron elementos estructurales de fusión muy conservados en la región distal del dominio II, asociados con la unión a los receptores celulares de entrada del virus de la rubéola (glucoproteína de mielina del oligodendrocito, Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein, MOG), y con los receptores celulares Axl del ZIKV y de otros flavivirus. Conclusión. La comparación de las proteínas E-ZIKV y E1-RV es un paso necesario hacia la definición de otros factores moleculares determinantes del neurotropismo y la patogenia del ZIKV, el cual puede contribuir a generar estrategias de diagnóstico, prevención y tratamiento de las complicaciones neurológicas inducidas por el ZIKV.

Abstract Introduction: Zika virus (ZIKV) is an enveloped flavivirus transmitted to humans mainly by Aedes aegypti. ZIKV infection has been associated with high neurotropism and neuropathic effects such as the Guillain-Barré syndrome in adults, and fetal and postnatal microcephaly and the congenital Zika virus syndrome similar to that produced by rubella virus (VR). Objective: To compare Zika virus membrane protein E (E-ZIKV) and rubella virus membrane protein E1 (E1-RV), and to propose possible implications for neurotropism and nervous system disorders associated with ZIKV infections. Materials and methods: The amino acid sequence of E-ZIKV protein (PDB: 5iZ7) was aligned to that of rubella virus glycoprotein E1 (PDB: 4ADG). The secondary structure elements were determined using the programs Vector NTI Advance®, DSSP, and POSA, and integrated data management tools (AlignX®). One of the main comparison and alignment criteria was the allocation of structurally equivalent residues with more than 70% identity. Results: E-ZIKV structural organization (PDB: 5iZ7) was similar to that of E1-RV (PDB: 4ADG) (70%-80% identity), and it was consistent with relevant structural features of viral membrane class II fusion glycoproteins. E-ZIKV and E1-RV exhibited highly conserved fusion structural elements at the distal region of domain II, which has been associated with the RV myelin oligodendrocyte glycoprotein and Axl cell receptors in ZIKV and other flaviviruses. Conclusion: The comparison of E-ZIKV and E1-RV proteins constitutes an essential step towards the definition of ZIKV neurotropism and pathogenesis molecular determinants, and for the adoption of diagnosis, prevention and treatment strategies against neurological complications induced by ZIKV infection.

Teoría Prión - Enfermedades Priónicas / Prion Theory Prion Diseases

Un enorme progreso se ha logrado en la identificación, prevención, control y estudio de las enfermedades priónicas. El objetivo de esta actualización es presentar un breve Resumen de la historia de la Teoría Prión, de la participación nacional en relación con la salud humana y animal, así como algunos avances sobre la estructura molecular del amiloide priónico. Se explica, en parte, por qué hasta hoy solo tenemos en nuestro país presencia de la Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ) en su variedad esporádica y una ausencia comprobada de la Encefalopatía Espongiforme Bovina (EEB o "Enfermedad de las vacas locas"), lo que descarta la posible aparición de la variante de la ECJ (vCJ), de carácter zoonótico. Finalmente, como un avance reciente en investigación básica, se actualiza la evidencia experimental sobre una posible relación entre el amiloide de las enfermedades priónicas, el beta amiloide, ßA, de la enfermedad de Alzheimer y la alfa sinucleina de la enfermedad de Parkinson, que hasta hace muy poco se ha empezado a investigar. Se discute el mecanismo de neurotoxicidad, nucleación, transmisión del mal plegamiento y la restricción de su transmisión entre especies.

There has been tremendous progress in the identification, prevention, control and study of prion diseases. This update presents a brief Summary of the history of Prion theory and the national participation in relation to human and animal health, which may partly explain why we have presence in our country of Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) only in its sporadic variant and an absence of bovine spongiform encephalopathy (BSE or "mad cow disease") until today. These also rule out the possible occurrence of variant CJD (vCJ), which is a zoonotic disease. Finally, as recent advances in basic research, we show a similarity in prion amyloid aggregate structure formed by prions, ßA amyloid aggregates of Alzheimer's disease and alpha synuclein of Parkinson disease, which until recently began being investigated. A mechanism of neural toxicity, nucleation, transmission misfolding and restriction of transmission between species is discussed.

Validação do reprocessamento de cateteres cardíacos angiográficos: uma avaliação da funcionalidade e da integridade / Reprocessing validation of angiographic cardiac catheters: an evaluation of the functionality and integrity / Validación del reprocesamiento de catéteres cardíacos angiográficos: una evaluación de la funcionalidad e integridad

Objetivou-se validar o reprocessamento de cateteres cardíacos angiográficos quanto às suas características de funcionalidade mecânica e à integridade molecular e micro-estrutural da cadeia polimérica. Pesquisa experimental, aplicada, comparativa e controlada. Construiu-se uma bancada de simulação de uma arteriografia de coronária esquerda para simular um estresse mecânico e biológico em cateteres. Testou-se a funcionalidade por ensaio de tração e a integridade por Espectroscopia na Região do Infravermelho e Microscopia Eletrônica de Varredura. Evidenciou-se uma tendência ao aumento da rigidez a cada acréscimo do número de reprocessamento (p<0,05). As modificações das propriedades mecânicas e das estruturas moleculares dos polímeros foram mais evidentes a partir do quinto reprocessamento. As micrografias revelaram o aumento de rugosidade a partir do quarto reprocessamento. Os resultados deste estudo poderão contribuir para a elaboração de protocolos de reprocessamento e vigilância sistemática da reutilização de materiais de uso único, não apenas por sua relevância econômica, mas sobretudo do ponto de vista ético, legal, biológico, funcional e assistencial.

The objective of this study was to validate the reprocessing of angiographic cardiac catheters regarding their characteristics of mechanical functionality and the molecular and micro-structural integrity of the polymeric chain. This is an experimental, applied, comparative and controlled study. A simulation set was built for a left coronary angiography in order to simulate mechanical and biological stress in the catheters. Traction tests were performed for the functionality and the integrity was tested through Infrared Spectrometry and Scanning Electronic Microscopy. The study evidenced a tendency to an increase in rigidity at every increment of the reprocessing number (p<0.05). The changes in the mechanical properties and molecular structures of the polymers were more evident as of the fifth reprocessing. Micrographies revealed an increase in rugosity as of the forth reprocessing. The results of this study may contribute to the elaboration of reprocessing protocols and a systematic surveillance of the reutilization of single use materials, not only due to their economical relevance, but especially from the ethical, legal, biological, functional and care point of view.

El objetivo del trabajo fue validar el reprocesamiento de catéteres cardíacos angiográficos en cuanto a sus características de funcionalidad mecánica e integridad molecular y microestructural de la cadena de polímeros. Investigación experimental, aplicada, comparativa y controlada. Se construyó un banco de simulación de una arteriografía de coronaria izquierda para simular un estrés mecánico y biológico en catéteres. Se testeó la funcionalidad por ensayo de tracción y la integridad por Espectroscopía Local Infrarroja y Microscopía Electrónica de Barrido. Se evidenció una tendencia al aumento de la rigidez en cada incremento del número de reprocesamientos (p<0,05). Las modificaciones de las propiedades mecánicas y de las estructuras moleculares de los polímeros fueron más evidentes a partir del quinto reprocesamiento. Las micrografías revelaron un aumento de rugosidad a partir del cuarto reprocesamiento. Los resultados de este estudio podrán contribuir en la elaboración de protocolos de reprocesamiento y vigilancia sistemática de la reutilización de materiales de uso único, no sólo por su relevancia económica, sino también, y sobre todo, respecto del punto de vista ético, legal, biológico, funcional y asistencial.