El presente trabajo de título tiene por objetivo la detección de árqueas en procesos de biolixiviación, y el estudio de la relación que pudiese existir entre la variación de los parámetros fisicoquímicos presentes en el ambiente en estudio y la presencia de árqueas para cada condición estudiada. Utilizando una mini columna rellena con mineral sulfurado y alimentada como media basal conteniendo sulfato ferroso, a la que se hicieron una serie de cambios, como la temperatura dentro de ésta y los iones presentes en las soluciones utilizadas. Las temperaturas utilizadas para este estudio fueron de 45 °, 55° y 65° C. Para lo anterior, se realizó el análisis mediante reacción de PCR de las árqueas presentes en las soluciones obtenidas de una mini columna de biolixiviación montada en el Laboratorio de Biohidrometalurgia. La ventaja de que presenta este tipo de análisis es el ser independiente de cultivos, por lo que permite obtener una aproximación de los organismos presentes en solución, en particular en el caso de árqueas, microorganismos difíciles de cultivar. La técnica utilizada consiste en realizar la concentración de las células presentes en la solución, la extracción del DNA de las células, la reacción de PCR con primers universales específicos para árqueas en procesos de biolixiviación y la posterior visualización en gel de agarosa del producto de PCR. Para realizar el PCR, se seleccionó un par de primers universales para árqueas desde la literatura, realizando un PCR virtual, mediante programas computacionales y analizando los productos amplificados teóricos; el criterio de obtener los productos más ho,homogéneos en cuando a tamaño y representatividad respecto a la muestras.

El objetivo principal del estudio fue estudiar la dinámica de las distintas poblaciones bacterianas presentes en el cultivo utilizado a lo largo de la biolixiviación de la pirita. Con este fin se decidió implementar la técnica de identificación molecular CARD-FISH, para evaluar tanto la población en la solución de biolixiviación como la adherida al mineral. En particular, se estudiaron las siguientes cepas bacterianas: Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans y Sulfobacillus thermosulfidooxidans. El trabajo aquí presentado consistió en analizar la biolixiviación de una muestra de pirita pura, durante 600 hrs a 30ºC, utilizando un cultivo de microorganismos mixto proveniente de un proceso de biolixiviación de Minera Escondida. Para esto, se monitorearon distintos parámetros de la biolixiviación, como el pH, Eh, Fe(II) en solución, fierro total, sulfato en solución y recuento directo de bacterias en solución. Los principales resultados obtenidos en este estudio son la determinación de la alta capacidad de adherencia de cultivo (90% de adherencia) y la alta eficiencia extractiva del cultivo utilizado medida como el fierro y azufre recuperado. Además, por medio de CARD-FISH fue posible conocer la abundancia relativa de cada cepa, y así establecer que el microorganismo con mayor capacidad de adherencia, con mayor crecimiento en solución y más abundante hacia al final de la experiencia fue At. ferrooxidans, siendo por estos motivos catalogada como la cepa más eficiente el el proceso de biolixiviación de pirita a 30ºC. Del mismo modo se determinó que la bacteria menos eficiente en este experimento fue S. thermosulfidooxidans. Basándose en los resultados obtenidos y en las discusiones propuestas se concluye que la técnica de CARD-FISH fue posible comprender la dinámica de las poblaciones presentes en el proceso de biolixiviación de la pirita, por lo que se recomienda la utilización de esta técnica para el monitoreo de este tipo de operaciones.

Ingeniera en Biotecnología Molecular / La proteína quinasa dependiente de Ca2+/Calmodulina II (CaMKII) es una molécula de señalización sináptica que se expresa abundantemente en el cerebro y que juega un rol crítico en la formación de memorias y la inducción de eventos de plasticidad sináptica. La activación y autofosforilación en el sitio T286 de CaMKII son requeridas para inducir potenciación a largo plazo (LTP), fenómeno de plasticidad sináptica considerado modelo celular que subyace el aprendizaje. Las sinapsis glutamatérgicas de la región CA1 del hipocampo expresan un tipo de LTP que es dependiente del receptor de N-metil-D-aspartato (NMDAR). Luego de inducir LTP, CaMKII autofosforilada es enriquecida en la densidad postsináptica (PSD), en donde (i) gatilla una cascada de señalización que finaliza con el aumento a largo plazo de la corriente mediada por lo receptores de tipo AMPA (AMPARs) y (ii) forma un complejo con la subunidad GluN2B del NMDAR. Mutaciones que previenen la autofosforilación de CaMKII o que interrumpen la asociación del complejo GluN2B-CaMKII causan un déficit en la inducción de la LTP y severos defectos en el aprendizaje. Debido a que CaMKII adquiere una actividad independiente de Ca2+ mediante su autofosforilación o su unión a la subunidad GluN2B, es esperable que su actividad quinasa sea adecuadamente regulada. Esta regulación podría llevarse a cabo a través de cambios en la expresión de dos inhibidores endógenos y específicos de CaMKII: CaMK2N1 y CaMK2N2 (también denominados CaMKIINα y CaMKIINβ, respectivamente). Estudios han revelado que CaMK2N1 aumenta transitoriamente su expresión en el hipocampo y en la amígdala luego del condicionamiento al miedo en ratones, sugiriendo un rol en controlar la actividad de CaMKII desde estadios tempranos de la consolidación de la memoria. Adicionalmente, estudios recientes han mostrado que la aplicación transitoria de péptidos inhibitorios 2 derivados de CaMK2N a rebanadas agudas de hipocampo interrumpe la interacción basal entre CaMKII y GluN2B y causa una depresión sináptica tanto en sinapsis naïve como en sinapsis previamente potenciadas, lo cual revierte la saturación de la LTP. Sin embargo, hasta el momento no existe evidencia que la expresión de CaMK2N sea regulada luego de inducir LTP en el hipocampo, así como ocurre luego del aprendizaje. En este estudio, se investigó si la expresión a nivel de mRNA de CaMK2N1 y CaMK2N2 es regulada luego de la inducción de LTP por estimulación a alta frecuencia (HFS) en la región CA1 de rebanadas agudas de hipocampo de rata. Experimentos de PCR cuantitativo (del inglés Polymerase Chain Reaction) revelaron que Camk2n1 aumenta su expresión 60 minutos después de inducir LTP. En contraste, la expresión de Camk2n2 no cambió. Además, se encontró una correlación positiva entre la magnitud de la potenciación y el cambio en la expresión de Camk2n1. Estos resultados, en conjunto con los hallazgos anteriores, sugieren que el aumento en la expresión de Camk2n1 luego de la inducción de LTP podría ser parte de un mecanismo de regulación que facilite la subsecuente inducción de eventos de plasticidad sináptica, una vez que los niveles basales de expresión del inhibidor se reestablecen. / Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) is an abundant synaptic signaling molecule that plays a critical role in memory formation and induction of synaptic potentiation. CaMKII activation and autophosphorylation at T286 are required to induce long-term potentiation (LTP), a form of synaptic plasticity considered a cellular model underlying learning. CA1 hippocampal synapses expresses a type of LTP dependent on the N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR). After LTP induction, autophosphorylated CaMKII becomes enriched at postsynaptic densities, where it (i) triggers a biochemical cascade that produces a long-lasting increase of AMPA receptor (AMPAR) mediated currents and (ii) binds to the NMDAR GluN2B subunits. Mutations that prevent CaMKII autophosphorylation or disrupt the CaMKII-GluN2B complex cause a deficit in LTP induction and severe learning defects. Since CaMKII can be autonomously active by autophosphorylation or NMDAR binding, and considering its role in LTP induction and memory formation, it is expected that the kinase activity should be tightly regulated. This regulation may involve changes in the expression of two endogenous CaMKII-specific inhibitors: CaMK2N1 and CaMK2N2 (also named CaMKIINα and CaMKIINβ, respectively). Studies have revealed that CaMK2N1 transiently increases its expression in the rodent hippocampus and amygdala after fear conditioning, suggesting a role in controlling CaMKII activity in early stages of memory consolidation. Additionally, previous studies showed that transient application of CaMK2N-derived peptides to acute hippocampal slices disrupts the basal interaction between CaMKII-GluN2B and causes long-lasting synaptic depression in both naïve synapses and in previously potentiated synapses in which it reverses LTP saturation. However, it is not clear if CaMK2N expression is regulated after induction of LTP, as same as after fear conditioning. Here, 4 we investigated whether CaMK2N1 and CaMK2N2 gene expression is regulated after the induction of LTP in CA1 region of acute rat hippocampal slices. Real-time PCR experiments revealed that CaMK2N1 mRNA expression was up-regulated 60 min after LTP induction. In contrast, CaMK2N2 mRNA expression did not change. Additionally, correlation analysis showed a positive correlation between the LTP magnitude and Camk2n1 expression increase. These results, overall with the previous findings, suggest that the up-regulation of CaMK2N1 after LTP induction could be part of a regulation mechanism that facilitates the induction of subsequent synaptic plasticity events once basal expression levels are re-established. / Abril del 2018

Al llegar a la instancia del proyecto de título, éste aparece como la oportunidad en donde finalmente el alumno logra aplicar los conocimientos adquiridos en las diversas áreas del quehacer arquitectónico en un tema específico. La elección de dicho tema presenta un desafío en especial, pues como alumnos nos vemos enfrentados a una situación poco habitual en la carrera de un arquitecto, como es decidir en qué trabajar, y no responder a un encargo externo. Dentro de este contexto, traté de desarrollar un proyecto que se relacionara con mis intereses y habilidades personales, y que a la vez respondiera al llamado de la Universidad de Chile de responder a una problemática de alcance nacional, sin olvidar su posible viabilidad y gestión. Es así que partí investigando las temáticas de alcance científico ‐ tecnológico, siendo un tema en constante discusión en la última década por la revolución digital. Sin embargo, poseía una inquietud en cuanto cómo ese enorme avance en las diversas áreas del conocimiento, podían ayudar al desarrollo económico y social de nuestro país, de qué manera podían aplicarse a nuestra realidad nacional, cual era la postura de Chile en dicha temática. Nuestro país se ha caracterizado durante la última década por concentrar sus esfuerzos productivos en la exportación de recursos naturales. Han sido la base económica durante mucho tiempo, y hasta ahora le han brindado al país un bienestar económico, sobre todo por las últimas alzas en el precio del cobre. Cabe preguntarse entonces, como puede relacionarse el avance en la ciencia y la tecnología con éste modelo de desarrollo económico. Sin embargo, en Chile si existen potencialidades que permiten generar desarrollo a través de la investigación científico – tecnológica, y que por ende, permitirán a Chile consagrarse como una nación competitiva dentro del marco internacional. La potencialidad del desarrollo de la investigación en Chile no se encuentra en alejarse del actual modelo de desarrollo chileno, al contrario, lo que busca es diversificar su producción, y dotarla de un valor agregado a lo que ya se exporta. Es así como la investigación biotecnológica, desarrollada por instituciones universitarias y técnicas, aparece como una temática coherente con el problema mencionado, pues su campo de acción se enfoca precisamente a las ya tradicionales fuentes de ingresos nacionales, como lo son la pesca, la agricultura, y las explotaciones mineras y forestales, dotándolas de nuevas características o potenciando las ya existentes según corresponda. De esta manera, y como se detallará y profundizará a lo largo de la memoria, podemos afirmar que existen agentes de desarrollo que permitan dar un impulso al desarrollo del país a través de la investigación, sin embargo, no se han generado los espacios para que éstos interactúen y combinen sus esfuerzos bajo un propósito común. La labor del arquitecto, y a final de cuentas, el objetivo final del proyecto, consiste en generar los espacios e infraestructura adecuada para que ésta relación entre agentes se genere de manera óptima.

La biolixiviación de minerales de cobre es un proceso que ha sido ampliamente estudiado debido principalmente a la importancia económica que tiene el optimizar este tipo de procesos para así lograr una mayor recuperación del mineral deseado. El mineral sulfurado de cobre más abundante es la calcopirita, pero a su vez el más difícil de lixiviar: la acumulación de partículas insolubles sobre la superficie del mineral produce la formación de una capa impermeable, la cual impide la correcta difusión de los compuestos lixiviantes hacia el mineral, volviéndola ineficiente. Un estudio anterior realizado en nuestro laboratorio, “Non-Homogeneous Biofilm Modeling Applied to Bioleaching Processes” [1], estudia el fenómeno de acumulación de partículas de azufre insolubles sobre la superficie del mineral y sus consecuencias en la biolixiviación del mineral. Sin embargo, no toma en cuenta la precipitación de otro compuesto insoluble: la jarosita. El objetivo de este trabajo es estudiar el fenómeno de precipitación de jarosita sobre la superficie, específicamente, de calcopirita y analizar el efecto que podría tener en la biolixiviación la formación de una capa impermeable de este compuesto. Para esto se incorporan al modelo ya estudiado las variables que definen este fenómeno, tal como los compuestos involucrados y reacciones con sus respectivos parámetros. Lo primero que se debió analizar fue el fenómeno de precipitación de jarosita. De esta forma los resultados obtenidos pueden ser comparados con curvas experimentales y así realizar los ajustes de parámetros que sean necesarios en el modelo para lograr obtener curvas similares. Los resultados obtenidos muestran una clara tendencia en el crecimiento de la capa de jarosita sobre la superficie del mineral y en la mayoría de las curvas puede observarse la ausencia de una “etapa inicial”. En algunos casos no se logró llegar a la “etapa estacionaria” debido a la larga duración de la “etapa de crecimiento”. Sin embargo fue posible obtener curvas similares a la teórica en términos de duración del fenómeno, las cuales fueron utilizadas para llevar a cabo las simulaciones incorporando la acumulación de azufre y formación de la biopelícula de microorganismos. Se observó la relevancia del parámetro constante k en la obtención de distintos resultados. La variación en su orden de magnitud permitió obtener curvas muy distintas unas de otras. En el caso de los tres fenómenos ocurriendo simultáneamente, se tiene que la precipitación de jarosita se incrementa al momento que las bacterias se van multiplicando. Se cree que esto puede deberse a la presencia de ión Fe3+ en los alrededores de estas, el cual es utilizado por la cinética de formación de jarosita.

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Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / El presente proyecto de tesis aborda un enfoque de Biología de Sistemas para el modelamiento metabólico de microorganismos biomineros. El trabajo se centra en el estudio de tres microorganismos fundamentales en procesos de biolixiviación, los cuales coexisten formando comunidades microbianas: Leptospirillum ferrooxidans, Leptospirillum ferriphilum y Ferroplasma acidiphilum. Con el propósito de entregar una herramienta para comprender el funcionamiento de éstos sistemas biológicos y determinar las principales interacciones que se presentan en estos consorcios microbianos, el objetivo principal de este trabajo fue obtener un mapa metabólico representativo para estos microorganismos en cultivo puro y mixto. Para el desarrollo de los modelos estequiométricos se realizó una reconstrucción metabólica basada en información disponible en literatura y bases de datos. En cada caso, dicha reconstrucción estuvo constituida por las principales vías de consumo de nutrientes y generación de productos, metabolismo central, síntesis de unidades estructurales, macromoléculas y finalmente biomasa. La primera parte de este trabajo trata de la reconstrucción metabólica desarrollada para Leptospirillum ferrooxidans, la cual fue evaluada a través de Análisis de Flujos Metabólicos (MFA) con datos experimentales obtenidos de literatura. Bajo las condiciones estudiadas, el modelo entregó predicciones consistentes con información de literatura para esta bacteria. Asimismo, el modelo desarrollado mostró un comportamiento estable al ser sometido a un análisis de sensibilidad imponiendo un error aleatorio en los datos de entrada. De esta manera, se concluyó que el modelo de L. ferrooxidans es capaz de reproducir in silico las principales características metabólicas de esta bacteria. En la segunda parte de este trabajo, se muestra la construcción de un modelo para L. ferriphilum, basado en la reconstrucción metabólica de L. ferrooxidans, para lo cual se consideraron las principales diferencias metabólicas entre ambas especies. Asimismo, se desarrolló el modelo metabólico de F. acidiphilum, y a través de una plataforma computacional para redes metabólicas, se implementaron los modelos estequiométricos de F. acidiphilum y L. ferriphilum de manera simultánea, con el fin de representar un cultivo mixto. A través de la metodología de Balance de Flujos Metabólicos (FBA), se evaluaron los modelos desarrollados para F. acidiphilum y L. ferriphilum, obteniendo como resultado datos consistentes con observaciones experimentales publicadas en la literatura. Asimismo, se utilizó el modelo de F. acidiphilum para evaluar su crecimiento en presencia de sustratos alternativos, con lo cual fue posible corroborar el comportamiento quimiomixotrófico del modelo metabólico de esta arquea, y obtener una noción de la composición adecuada del medio de cultivo para optimizar su crecimiento. Finalmente, la robustez de ambos modelos fue evaluada a través de simulaciones de knockouts sobre distintas enzimas del metabolismo central de ambos microorganismos, obteniendo resultados coherentes respecto a las enzimas claves para el crecimiento encontradas en información de literatura. En la última parte de este trabajo, se realizó una caracterización metabólica experimental de Ferroplasma acidiphilum BRL-115, ratificando su comportamiento quimiomixotrófico. Asimismo, a través de ensayos de crecimiento de cada microorganismo en presencia de sobrenadante del medio de cultivo del otro, se confirmó la tendencia sinergística de ambos microorganismos al desarrollarse en cultivo mixto. Finalmente, se realizaron ensayos de crecimiento en cultivo batch cíclico para la obtención de tasas de crecimiento y consumo de Fe2+ de F. acidiphilum en cultivo puro y mixto con L. ferriphilum, con los cuales se lograron resultados razonables al utilizarlos como datos de entrada en el modelo metabólico del cultivo mixto.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular. / Los procesos de plasticidad sináptica homeostática (PSH) comprenden una serie de mecanismos compensatorios dependientes del grado de actividad de los circuitos neuronales, de manera que perturbaciones que aumenten o disminuyan crónicamente la actividad del circuito son compensadas mediante distintos mecanismos que causan una disminución, o aumento, respectivamente, de la actividad. Estos fenómenos podrían mantener la actividad del circuito dentro de un rango dinámico. Para detectar estos fenómenos de plasticidad, suele requerirse la incubación de las neuronas durante días en agentes farmacológicos que induzcan un aumento o disminución de la actividad, previo a realizar mediciones. No obstante, en nuestro laboratorio fue previamente descrito, en neuronas piramidales de hipocampo de rata, un fenómeno de PSH de rápido desarrollo (horas en lugar de días). Este fenómeno se caracteriza por un aumento en el tiempo de la frecuencia y amplitud de las corrientes excitatorias en miniatura, y se desarrolla espontáneamente durante las 8-12 horas de incubación, sin intervenciones farmacológicas. Para evaluar los mecanismos subyacentes a los cambios en la frecuencia y amplitud se deben realizar distintos experimentos de corrientes evocadas por estimulación presináptica. Sin embargo, los eventos evocados mediante protocolos de estimulación resultan de carácter polifásico e irregular (i.e. corrientes múltiples, seguidas una de otra, sin forma reproducible), lo cual no permite realizar los análisis. Otras evidencias previas indican que el componente regular y monofásico puede ser aislado al utilizar una solución de registro alta en cationes divalentes (Ca2+ y Mg2+). Dado que el uso de dicha solución podría afectar la observación del fenómeno homeostático mismo, en este trabajo se estudiaron, mediante la técnica de voltage-clamp, los efectos que podría tener el uso de esta solución sobre el aumento de la frecuencia y amplitud de los eventos en miniatura. Se determinó la existencia de un proceso homeostático en estas condiciones, observándose un aumento en el tiempo de la frecuencia de los eventos en miniatura, no pudiéndose determinar concluyentemente el aumento en la amplitud. Esta observación valida futuros estudios complementarios de corrientes evocadas en presencia de altos divalentes para investigar posibles mecanismos de expresión del fenómeno. / Homeostatic synaptic plasticity processes comprise a series of compensatory mechanisms that depend on the activity levels of the neuronal circuits, so that perturbations that upregulate or downregulate chronically the activity of the circuit are counterbalanced by different mechanisms that downregulate or upregulate the activity of the circuit, respectively. These processes may allow keeping the activity of neuronal networks in a dynamic range. To detect these plasticity phenomena, it is usually necessary to incubate neurons for a few days in presence of pharmacological agents that either upregulate or downregulate their activity prior to measurements. However, our laboratory has described a homeostatic plasticity process of rapid development (hours instead of days, which is what is usually observed). This phenomenon is observed in pyramidal neurons of rat hippocampus slices incubated for 8-12 hours and is characterized by an increase in time of the frequency and amplitude of miniature excitatory synaptic currents. To evaluate the underlying mechanisms of the changes in frequency and amplitude it is necessary to carry out recordings of evoked currents. However, and in concordance with previous preliminary data from this laboratory, the evoked events in these cells and conditions displayed polyphasic and irregular characteristics, which rendered the analysis unfeasible. However, other evidence suggests that the monophasic, more regular component of the evoked response can be isolated using a recording solution high in divalent cations (Ca2+ and Mg2+). However, the use of this solution could have secondary side effects that alter the measurement of the plasticity phenomenon. Here, the voltage-clamp technique was used to examine whether the increase in frequency and amplitude of the miniature events can be observed in these conditions. The frequency change was observed, but the detection of the amplitude change was not conclusive. These observations validate future studies of evoked currents in high divalent cations to investigate possible mechanisms of expression of the homeostatic phenomenon.

La reproducción es un proceso biológico de gran interés en acuicultura debido a que su control es un factor limitante para la producción de peces en cautividad. El éxito reproductivo de una especie en régimen de cultivo depende de un profundo conocimiento de los procesos básicos que regulan la puesta en funcionamiento del ciclo reproductor y su alternancia. En peces, como en otros vertebrados, la reproducción está regulada por una cascada hormonal que ocurre a lo largo de una red neuro-endocrina compuesta por el cerebro, la hipófisis y las gónadas (eje CHG). Entre las principales hormonas implicadas destacan las hormonas liberadoras de gonadotrofinas (GnRHs), las gonadotrofinas (GTHs) y los esteroides sexuales. En este marco, las GTHs - hormona folículo estimulante (FSH) y hormona luteinizante (LH) - tienen un papel central y el conocimiento de su estructura y modo de acción es esencial para comprender y controlar el ciclo reproductor. Los estudios realizados en los últimos años han permitido dilucidar algunos aspectos bioquímicos y fisiológicos de estas hormonas en peces. Sin embargo, la dualidad funcional de las GTHs no está totalmente clara en muchas especies de teleósteos debido a la falta de herramientas apropiadas para su estudio, principalmente de ensayos para determinar sus niveles en momentos críticos del ciclo reproductor. Para abordar este problema en la lubina (Dicentrarchus labrax), un Perciforme marino de gran interés en acuicultura, se ha purificado la FSH nativa y se han producido diferentes GTHs recombinantes. Esto ha permitido caracterizarlas bioquímica y funcionalmente y desarrollar ensayos específicos (biológicos e inmunológicos) para medir FSH, los cuales representan una valiosa herramienta para el estudio de la endocrinología reproductiva de esta especie. Además, se han puesto a punto herramientas moleculares para estudiar los perfiles de expresión génica de las GnRHs, GnRHR y GTHs. / Molés Miró, G. (2011). CARACTERIZACIÓN BIOLÓGICA DE LAS GONADOTROFINAS DE LUBINA (Dicentrarchus labrax) Y DESARROLLO DE HERRAMIENTAS BIOTECNOLÓGICAS E INMUNOLÓGICAS PARA SU ESTUDIO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/12619

This thesis is dedicated to the study and comprehension of biological networks at the molecular level. The objectives were to analyse their topology, integrate it in a genotype-phenotype analysis, develop richer mathematical descriptions for them, study their community structure and compare different methodologies for estimating their internal fluxes. The work presented in this document moves around three main axes. The first one is the biological. Which organisms were studied in this thesis? They range from the simplest biological agents, the viruses, in this case the Potyvirus genus to prokariotes such as Escherichia coli and complex eukariotes (Arabidopsis thaliana, Nicotiana benthamiana). The second axis refers to which biological networks were studied. Those are protein-protein interaction (PPIN) and metabolic networks (MN). The final axis relates to the mathematical and modelling tools used to generate knowledge from those networks. These tools can be classify in three main branches: graph theory, constraint-based modelling and multivariate statistics. The document is structured in six parts. The first part states the justification for the thesis, exposes a general thesis roadmap and enumerates its main contributions. In the second part important literature is reviewed, summarized and integrated. From the birth and development of Systems Biology to one of its most popular branches: biological network analysis. Particular focus is put on PPIN and MN and their structure, representations and features. Finally a general overview of the mathematical tools used is presented. The third, fourth and fifth parts represent the central work of this thesis. They deal respectively with genotypephenotype interaction and classical network analysis, constraint-based modelling methods comparison and modelling metabolic networks and community structure. Finally, in the sixth part the main conclusions of the thesis are summarized and enumerated. This thesis highlights the vital importance of studying biological entities as systems and how powerful and promising this integrated analysis is. Particularly, network analysis becomes a fundamental avenue of research to gain insight into those biological systems and to extract, integrate and display this new information. It generates knowledge from just data. / Esta tesis está dedicada al estudio y comprensión de redes biológicas a nivel molecular. Los objetivos fueron analizar su topología, integrar esta en un análisis de genotipo-fenotipo, desarrollar descripciones matemáticas más completas para ellas, estudiar su estructura de comunidades y comparar diferentes metodologías para estimar sus flujos internos. El trabajo presentado en este documento gira entorno a tres ejes principales. El primero es el biológico. ¿Qué organismos han sido estudiados en esta tesis? Estos van desde los agentes biológicos mas simples, los virus, en este caso el género Potyvirus, hasta procariotas como Escherichia coli y eucariotas complejos (Arabidopsis thaliana, Nicotiana benthamiana). El segundo eje hace referencia a las redes biológicas estudiadas, que fueron redes de interacción de proteínas (PPIN) y redes metabólicas (MN). El eje final es el de las herramientas matemáticas y de modelización empleadas para interrogar esas redes. Estas herramientas pueden clasificarse en tres grandes grupos: teoría de grafos, modelización basada en restricciones y estadística multivariante. Este documento está estructurado en seis partes. La primera expone la justificación para la tesis, muestra un mapa visual de la misma y enumera sus contribuciones principales. En la segunda parte, la bibliografía relevante es revisada y resumida. Desde el nacimiento y desarrollo de la Biología de Sistemas hasta una de sus ramas más populares: el análisis de redes biomoleculares. Especial interés es puesto en PPIN y MN: su estructura, representación y características. Finalmente, un resumen general de las herramientas matemáticas usadas es presentado. Los capítulos tercero, cuarto y quinto representan el cuerpo central de esta tesis. Estos tratan respectivamente sobre la interacción de genotipo-fenotipo y análisis topolólogico clásico de redes, modelos basados en restricciones y modelización de redes metabólicas y su estructura de comunidades. Finalmente, en la sexta parte las principales conclusiones de la tesis son resumidas y expuestas. Esta tesis pone énfasis en la vital importancia de estudiar los fenómenos biológicos como sistemas y en la potencia y prometedor futuro de este análisis integrativo. En concreto el análisis de redes supone un camino de investigación fundamental para obtener conocimiento sobre estos sistemas biológicos y para extraer y mostrar información sobre los mismos. Este análisis genera conocimiento partiendo únicamente desde datos. / Aquesta tesi està dedicada a l'estudi i comprensió de xarxes biològiques a nivell molecular. Els objectius van ser analitzar la seva topologia, integrar aquesta en una anàlisi de genotip-fenotip, desenvolupar descripcions matemàtiques més completes per a elles, estudiar la seva estructura de comunitats o modularitat i comparar diferents metodologies per estimar els fluxos interns. El treball presentat en aquest document gira entorn de tres eixos principals. El primer és el biològic. ¿Què organismes han estat estudiats en aquesta tesi? Aquests van des dels agents biològics mes simples, els virus, en aquest cas el gènere Potyvirus, fins procariotes com Escherichia coli i eucariotes complexos (Arabidopsis thaliana, Nicotiana benthamiana). El segon eix fa referència a les xarxes biològiques estudiades, que van ser les xarxes d'interacció de proteïnes (PPIN) i les xarxes metabòliques (MN). L'eix final és el de les eines matemàtiques i de modelització emprades per interrogar aquestes xarxes. Aquestes eines poden classificarse en tres grans grups: teoria de grafs, modelització basada en restriccions i estadística multivariant. Aquest document està estructurat en sis parts. La primera exposa la justificació per a la tesi, mostra un mapa visual de la mateixa i enumera les seves contribucions principals. A la segona part, la bibliografia rellevant és revisada i resumida. Des del naixement i desenvolupament de la Biologia de Sistemes fins a una de les seves branques més populars: l'anàlisi de xarxes moleculars. Especial interès és posat en PPIN i MN: la seva estructura, representació i característiques. Finalment, un resum general de les eines matemàtiques utilitzades és presentat. Els capítols tercer, quart i cinquè representen el cos central d'aquesta tesi. Aquests tracten respectivament sobre la interacció de genotip-fenotip i anàlisi topolólogico clàssic de xarxes, models basats en restriccions i modelització de xarxes metabòliques i la seva estructura de comunitats. Finalment, en la sisena part les principals conclusions de la tesi són resumides i exposades. Aquesta tesi posa èmfasi en la vital importància d'estudiar els fenòmens biològics com sistemes i en la potència i prometedor futur d'aquesta anàlisi integratiu. En concret l'anàlisi de xarxes suposa un camí d'investigació fonamental per obtenir coneixement sobre aquests sistemes biològics i per extreure i mostrar informació sobre els mateixos. Aquest anàlisi genera coneixement partint únicament des de dades. / Bosque Chacón, G. (2017). Network Analysis and Modeling in Systems Biology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/79082