Memoria para optar el título de Bioquímico / La shigelosis es una infección intestinal aguda causada por bacterias del género Shigella, cuyos síntomas varían desde diarrea acuosa hasta disentería bacilar inflamatoria grave. Shigella es un patógeno cuyo único hospedero es el humano, presenta una muy baja dosis infectiva (solo 10 organismos viables pueden producir enfermedad) y se contagia principalmente por vía fecal-oral. Esta bacteria permanece dentro de las cuatro principales causas de diarrea moderada-grave en niños menores de 5 años en países en vías de desarrollo, predominando el serogrupo S. flexneri, a diferencia de nuestro país donde predomina el serogrupo S. sonnei. Con el transcurso del tiempo, Shigella ha sido capaz de adquirir rápidamente diversos mecanismos de resistencia a los antibióticos utilizados en su tratamiento, lo que genera la necesidad de conocer el patrón de susceptibilidad que presenta este patógeno antes de comenzar la terapia. Uno de los antibióticos utilizados en su tratamiento es el trimetoprim (Tmp), el cual inhibe la actividad de la enzima dihidrofolato reductasa (DHFR). La resistencia a este antibiótico se genera principalmente por la adquisición de genes dfr que codifican para una enzima DHFR resistente a Tmp. En nuestro país, la resistencia a Tmp en cepas de S. sonnei aisladas entre los años 1995 y 1997 se atribuye principalmente a la presencia de los genes dfrA1 y dfrA8, pero en un brote de S. sonnei surgido en los años 2008 y 2009, esta resistencia se debe a otro mecanismo no identificado. Además, la mayoría de las cepas de S. sonnei aisladas después del brote, presentan resistencia a Tmp pero su mecanismo de resistencia no ha sido estudiado. Debido a esto, en el presente trabajo se propuso determinar el mecanismo de resistencia a trimetoprim y evaluar su distribución en cepas de S. sonnei aisladas en nuestro país entre los años 1995 y 2013. Este mecanismo de resistencia se identificó mediante el uso de una genoteca construida con el ADN de una cepa de S. sonnei resistente a Tmp, revelando mediante secuenciación, un cassette genético que incluye al gen dfrA14 como responsable de la resistencia a este antibiótico. Posteriormente, se determinó la distribución del gen dfrA14 y de los genes previamente descritos dfrA1 y dfrA8 mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en las cepas aisladas entre los años 1995 y 2013. De esta forma, se obtuvo que entre los años 1995-1997 y 2004- 2006 predominó dfrA8, en tanto que el 100% de las cepas aisladas durante el brote 2008-2009 presentaron dfrA14. Posteriormente, en los años 2010-2011 se detectó la presencia de dfrA1 y dfrA14 en proporciones similares y luego en el 2012-2013 reapareció además dfrA8. Adicionalmente, se determinó que la totalidad de las cepas que presentan dfrA14, lo hacen en el contexto genético de un plásmido de 6779 pb, capaz de otorgar resistencia a cotrimoxazol (mezcla de Tmp y sulfonamidas), denominado pABC-3. Este plásmido es prácticamente idéntico a un plásmido de E. coli denominado pCERC1, salvo por la ausencia de una repetición de 11 pb en su secuencia. También es similar a otros plásmidos presentes en Shigella, cuya principal diferencia es la ausencia de dfrA14. Esto sugiere dos posibles orígenes del pABC-3: uno es la adquisición del plásmido desde una E. coli y el otro es la inserción del cassette que contiene dfrA14 en los plásmidos presentes en Shigella. En conclusión, en el presente trabajo se describe que la resistencia a Tmp en cepas de S. sonnei aisladas en nuestro país se debe mayoritariamente a la presencia de los genes dfrA1, dfrA8 y dfrA14 y que este último se encuentra en el contexto genético del plásmido pABC-3, confiriendo resistencia a Tmp a la mayoría de las cepas de S. sonnei aisladas en nuestro país desde el año 2004 hasta 2013 / Shigellosis is an acute intestinal infection caused by bacterial genus Shigella. Its symptoms vary from watery diarrhea to severe inflammatory bacillary dysentery. Shigella, a strictly human-pathogen, has a very low infectious dose (10 bacterial cells can produce illness) and is transmitted via faecal-oral. This pathogen affects mainly children under 5 years in developing countries, where S. flexneri is the most important serogroup, while in Chile S. sonnei is the prevalent serogroup. The use of antibiotics against Shigella is the first line therapy, however lately the acquisition of resistance mechanisms has increased. Therefore, antimicrobial susceptibility profiles are required before starting any treatment. Trimethoprim (Tmp), one of selected antibiotics against this pathogen, inhibits the activity of the dihydrofolate reductase enzyme (DHFR). Tmpresistant (TmpR) bacteria are mainly due to acquisition of dfr genes, coding for DHFR enzymes. S. sonnei strains isolated in Chile between 1995 and 1997 showed the presence of dfrA1 and dfrA8 genes, but the mechanism of Tmp-resistance in a later outbreak (2008-2009) is unknown. The majority of S. sonnei strains isolated after the outbreak are TmpR, but their resistance mechanism has not been studied yet. The general aim of this study was to identify the genetic marker responsible of the Tmp resistance mechanism in S. sonnei strains isolated between 1995 and 2013. A DNA library was obtained from a representative TmpR S. sonnei strain from the outbreak and a recombinant E. coli TmpR was isolated. Further, the sequenced clone was identified as harbouring the dfrA14 gene. We evaluated the distribution of the dfrA14 gene and the previously described genes, dfrA1 and dfrA8 in a laboratory collection of S. sonnei from 1995 – 2013. The results show that within periods 1995- 1997 and 2004-2006 the dfrA8 gene was the most prevalent, while 100% of the isolated strains during the 2008-2009 outbreak present the dfrA14 gene. Later, between 2010 and 2011 dfrA1 and dfrA14 were detected in similar proportions, and then, between 2012 and 2013 dfrA8 reappeared. In addition, it was determined that the dfrA14 gene is harboured in a 6779 bp plasmid, named pABC-3, which confers cotrimoxazole resistance. This plasmid is nearly identical to the pCERC1 plasmid isolated from E. coli, except for an 11 bp sequence missing in pABC-3, and similar to other Shigella plasmids, without the insertion of the dfrA14 gene cassette. This suggests two possible origins for the pABC-3 plasmid. One of them is the acquisition of the whole plasmid from E. coli and the other is the insertion of the dfrA14 gene cassette into a Shigella dfrA14 -less plasmid. In conclusion, the present study showed that Tmp resistance in S. sonnei strains isolated in Chile is mainly due to the presence of the dfrA1, dfrA8 and dfrA14 genes. This last gene is found inside the pABC-3 plasmid conferring Tmp resistance to the majority of S. sonnei strains isolated between years 2004 and 2013 in our country / Fondecyt

Memoria para optar al Título Profesional de Bioquímico / La colonización del Pacífico se gestó en dos grandes procesos de migración: el primero alrededor de 50.000 a 30.000 años antes del presente, y el segundo hace 5.000 a 1.000 años antes del presente. Este último gran movimiento fue complejo y se ha estudiado integrando evidencias arqueológicas, lingüísticas y genéticas con el propósito de dilucidar incógnitas como las diferentes rutas migratorias propuestas sobre el poblamiento de Oceanía. Entre los modelos de estudios genéticos se han analizado muestras humanas, pero éstas presentan diversas complejidades que limitan el alcance de los estudios con este modelo. Por este motivo, surgen los estudios de especies asociadas a los colonizadores polinésicos, de los cuales se han analizado especies animales y vegetales. Entre estos últimos se encuentra la morera de papel (Broussonetia papyrifera), una planta nativa de Asia e introducida a la región de Oceanía Remota. Debido a su uso como fuente de fibra vegetal para textiles y la importancia cultural que representa, resulta interesante abordar su estudio para aportar a la comprensión de las rutas migratorias en Oceanía Remota. La principal herramienta de los estudios genéticos son los marcadores moleculares, que corresponden a regiones de ADN que presentan cierto grado de variabilidad detectable. En B. papyrifera se han analizado regiones de ADN ribosomal y de ADN de cloroplastos, encontrando ausencia de diversidad en muestras de Oceanía Remota. Una alternativa para este tipo de análisis podría ser el uso de marcadores basados en retrotransposones, los cuales han sido descritos como ubicuos en plantas y como fuente de gran diversidad genética. Entre los marcadores basados en retrotransposones se encuentran los Inter-Retrotransposon Amplified Polymorphisms (IRAP) y Retrotransposon-Microsatellite Amplified Polymorphisms (REMAP), los cuales amplifican regiones entre secuencias de Repeticiones Terminales Largas (LTR), o entre LTR y secuencias microsatélites, respectivamente. Estos marcadores han sido ampliamente empleados en estudios de diversidad genética debido a su facilidad de uso. En base a los antecedentes presentados, se plantea la siguiente hipótesis: “El estudio de B. papyrifera por medio de marcadores moleculares basados en retrotransposones IRAP y REMAP permite detectar diversidad genética presente en muestras obtenidas de Oceanía Remota que no han sido diferenciadas mediante otros marcadores moleculares”. Con el objetivo de caracterizar la diversidad genética de muestras de B. papyrifera provenientes de Oceanía Remota usando marcadores IRAP y REMAP, se seleccionaron partidores a partir de la literatura para el análisis de muestras de B. papyrifera del hábitat nativo y de la región introducida. En primer lugar, se corroboró que las secuencias amplificadas mediante estos marcadores corresponden a retroelementos, caracterizando cinco secuencias amplificadas con un marcador IRAP. Estas secuencias corresponden a dos posibles tipos de elementos TRIM (Terminal-repeat Retrotransposon In Miniature), los cuales son derivados cortos de retrotransposones que conservan algunas regiones características de retroelementos, pero carecen de marcos de lectura abiertos funcionales. En una etapa siguiente se estandarizaron los protocolos IRAP y REMAP para obtener patrones de amplificación óptimos. Además, se ajustaron las condiciones de electroforesis y de captura de imagen. Inicialmente, se probaron 45 combinaciones de partidores IRAP y 36 combinaciones de partidores REMAP con un grupo de cuatro muestras de prueba de Oceanía Remota. A partir de los resultados obtenidos, se seleccionaron cuatro combinaciones REMAP para analizar 55 muestras representativas del banco genómico de B. papyrifera de distintas localidades del Pacífico. Estos análisis mostraron una baja diversidad genética, apoyando la noción de una dispersión clonal de la morera de papel en las distintas islas del Pacífico. Esta información complementa los resultados obtenidos con otros marcadores utilizados en esta y otras especies, y favorecen modelos migratorios como el “tren rápido” o el de la “Triple I”. Esta memoria de título constituye el primer estudio de retrotransposones en B. papyrifera y abre la posibilidad a nuevos trabajos que profundicen el análisis de la dispersión y la diversificación clonal de la morera de papel en Oceanía Remota, considerando que los retroelementos han sido descritos como fuente importante de diversidad en otras especies vegetales / The human colonization of the Pacific occurred in two major stages: the first migration took place about 50,000 to 30.000 years before present, and the second stage occurred more recently, about 5.000 to 1.000 years before present. This latter large movement was complex and has been widely studied gathering archeological, linguistic and genetic evidence in order to elucidate questions such as the different routes proposed for the settlement of Oceania. Human samples have been analyzed using genetic tools, but these present several complexities that limit their scope. Therefore studies centered on human-associated species (known as commensal species) arise. Animal and plant species have been studied, and among the latter, paper mulberry (Broussonetia papyrifera), a plant native from Asia and introduced in the Remote Oceania Region has been used a commensal model species. Due to its use as a fiber source to make textiles and the cultural importance of paper mulberry, it is interesting to address the study of this species to contribute to the understanding of migratory routes in Remote Oceania. Molecular markers are the main tools to analyze DNA regions that present genetic diversity. In B. papyrifera, ribosomal and chloroplast DNA regions have been analyzed, finding no genetic diversity in samples from Remote Oceania. An alternative to approach this kind of analysis could be the use of retrotransposon-based markers, which have been reported as ubiquitous and a major source of genetic diversity in plants. Retrotransposon-based markers are Inter-Retrotransposon Amplified Polymorphisms (IRAP) and Retrotransposon-Microsatellite Amplified Polymorphisms (REMAP), among others. IRAP and REMAP amplify regions between Long Terminal Repeats (LTR), or between LTR and microsatellites, respectively. These markers are easy to apply and have been widely used for genetic diversity studies in different plant species. Based on this background, the following hypothesis is proposed: “The study of B. papyrifera by retrotransposon-based markers IRAP and REMAP allow to detect genetic diversity in samples from Remote Oceania not previously differentiated with others molecular markers”. In order to characterize the genetic diversity of B. papyrifera samples from Remote Oceania by IRAP and REMAP, primers were selected from the literature to analyze samples of B. papyrifera from native and introduced areas. First, we checked that the amplified sequences with these primers were obtained from retroelements. Five sequences amplified with an IRAP marker were characterized and shown to correspond to two types of TRIM (Terminal-repeat Retrotransposon In Miniature) elements, which are short retrotransposon derivatives that have some conserved regions characteristic of retroelements, but lack functional open reading frames. Then, protocols for IRAP and REMAP amplification were standardized in order to obtain optimal amplification patterns. In addition, electrophoresis and image capture conditions were defined. From 45 IRAP and 36 REMAP primer combinations, 4 REMAP combinations showed distinct amplification patterns in a reduced group of B. papyrifera samples from Remote Oceania. The results obtained from the analysis of 55 samples of B. papyrifera using four selected REMAP markers showed little diversity, supporting the notion of a clonal dispersal of paper mulberry among Pacific islands. These results complement data obtained with others markers in paper mulberry and other species, and are consistent with the previously proposed models of human colonization of the Pacific as the “fast train” or the “Triple-I” models. The present work is the first retrotransposon study in B. papyrifera and opens the possibility to further work to analyze the clonal dispersal and diversification of paper mulberry in Remote Oceania, considering that retroelements have been described as an important source of molecular diversity in plant species / Fondecyt

Memoria presentada para optar al título de Químico Farmacéutico / La introducción de los antibacterianos en la práctica clínica constituye uno de los avances más grandes en la medicina moderna, ya que permitió el control de las enfermedades infecciosas que hasta ese momento eran intratables. Sin embargo, una amenaza creciente disminuye la eficacia de estos fármacos: la resistencia bacteriana frente los antibacterianos, es la capacidad de una bacteria para sobrevivir en concentraciones de antibacterianos que inhiben o matan a otras de la misma especie. Frente esta problemática, varias organizaciones internacionales entre ellas la organización mundial de la salud (OMS) han promovido el desarrollo de nuevos y mejores antibacterianos, enfatizando que si la problemática continua en aumento, la humanidad se quedara sin fármacos para combatir las infecciones bacterianas. En base a los antecedentes, en este trabajo se caracterizarán dos compuestos arilmercaptoquinonicos, diseñados a partir de la estructura de la ubiquinona, buscando intervenir en la cadena transportadora de electrones, componente esencial del metabolismo bacteriano. En estudios previos se demostró que los derivados tienen una potente actividad antibacteriana sobre cepas Gram positivas, ahora es necesario determinar la actividad antibacteriana sobre una población heterogénea de aislamientos clínicos multirresistentes, mediante la determinación de la concentración inhibitoria mínima (CIM) de cada aislamiento y con esto el calculó de parámetros estadísticos como la CIM50 y CIM90. También se determinó la concentración bactericida mínima (CBM) para poder establecer el modo de acción de los compuestos a través del cálculo de la relación CBM/CIM. Por otro parte, se determinó la CIM en presencia de suero humano y albúmina, además del porcentaje de unión a está, para evaluar la actividad de los compuestos en un entorno fisiológico y como se ve influenciada por la presencia de proteínas plasmáticas. Paralelamente, se evaluó el efecto post antibiótico (PAE) de los compuestos, el cual los clasificara en fármacos tiempo-dependiente o concentración-dependiente, y por último se evaluó su actividad en asociación a antibacterianos de uso clínico como lo son vancomicina y linezolid / The introduction of antibacterial agents in clinical practice is one of the greatest advances in modern medicine, as it allowed the control of infectious diseases that were hitherto untreatable. However, an increasing threat decreases the effectiveness of these drugs: bacterial resistance antibacterials, is the ability of bacteria to survive in concentrations of antibacterials that inhibit or kill other of the same species. Faced this problem, several international organizations including the World Health Organization (WHO) have promoted the development of new and better antibacterial, stressing that if the problem continues increasing, humanity was left without drugs to fight bacterial infections. Based on the background, in this paper two arilmercaptoquinonicos compounds, designed from the structure will be characterized ubiquinone, seeking to intervene in the electron transport chain, an essential component of bacterial metabolism. Previous studies demonstrated that derivatives have potent antibacterial activity against Gram positive strains, it is now necessary to determine the antibacterial activity of a heterogeneous population of multiresistant clinical isolates, by determining (MIC) minimum inhibitory concentration of each isolate and this calculating statistical parameters such as MIC50 and MIC90. minimum bactericidal concentration (MBC) was also determined in order to establish the mode of action of the compounds by calculating CBM / CIM relationship. On the other hand, the MIC was determined in presence of human serum albumin and also the percentage binding is to evaluate the activity of the compounds in a physiological environment and as influenced by the presence of plasma proteins. In parallel, the post antibiotic (PAE) of the compounds, which classified in drugs time-dependent or concentration-dependent, and finally its activity was evaluated in association antibacterials clinical use such as vancomycin and linezolid was evaluated / Diciembre de 2021

Magíster en Bioquímica área de Especialización en Bioquímica Clínica / Las infecciones fúngicas o micosis son infecciones producidas por hongos oportunistas y/o patógenos que pueden ser superficiales o sistémicas. El agente etiológico más importante a nivel mundial de estas infecciones es Candida albicans, una levadura comensal que coloniza entre un 30-60% de los humanos; sin embargo, frente a cambios en las condiciones locales o en la inmunidad del hospedero es capaz de causar una infección. Los antifúngicos son agentes naturales o sintéticos que eliminan y/o inhiben la proliferación de hongos. Sus principales mecanismos de acción son la inhibición de la formación de la pared celular y la disrupción de la membrana celular. Se han estudiado varios mecanismos de resistencia a antifúngicos en C. albicans. Los principales apuntan a mutaciones y sobreexpresión de los genes ERG11 (azoles) y FKS1 (equinocandinas) y/o a la sobreexpresión de las bombas de eflujo CDR1, CDR2 y MDR1; sin embargo, su contribución real a la generación de resistencia no está del todo dilucidada. El objetivo de este trabajo fue caracterizar los mecanismos de resistencia a azoles y equinocandinas en cepas clínicas chilenas, estableciendo los mecanismos de resistencia más prevalentes. Se estudiaron 10 cepas de aislados chilenos resistentes a azoles y 10 cepas resistentes a equinocandinas de C. albicans de origen clínico, buscando mecanismos de resistencia mediante el análisis de genes candidatos por técnicas de secuenciación, q-PCR y además mediante ensayos de funcionalidad de bombas de eflujo. Se encontró que en las cepas resistentes, tanto a azoles como a equinocandinas, no existe un mecanismo de resistencia único. Sin embargo, el mecanismo de resistencia más prevalente a azoles fue la sobreexpresión de bombas de eflujo, encontrándose en el 60% de las cepas ensayadas. Por otra parte, en las cepas resistentes a equinocandinas el mecanismo predominante fueron mutaciones en el gen FKS1, principalmente en la región HS1, encontrándose mutaciones de interés en un 20% del total de cepas resistentes estudiadas. Estos resultados entregan información importante acerca de los mecanismos predominantes para dos familias de antifúngicos en aislados clínicos chilenos de C. albicans. Es necesario un estudio multicéntrico con un mayor número de cepas para conocer con más detalle la realidad nacional de la resistencia a agentes antifúngicos en C. albicans. / Fungal infections or mycoses are infections caused by opportunistic and/or pathogenic fungi that may be superficial or systemic. The most important etiologic agent globally of these infections is Candida albicans, a commensal yeast that colonizes 30-60% of humans. Changes in local conditions or host immunity can produce a switch from a harmless colonizing commensal to causing a pathogen infection. Antifungal agents are natural or synthetic agents that eliminate and/or inhibit the growth of fungi; their main mechanism of action is the inhibition of cell wall formation and disruption of the cell membrane. Several mechanisms of antifungal resistance of C. albicans have been studied. The most common are mutations and overexpression of the ERG11 and FKS1 genes, involved in resistance to azoles and echinocandins, respectively, and/or the overexpression of efflux pumps CDR1, CDR2 and MDR1. However the real contribution of each resistance mechanism in Chilean clinical isolates has not been elucidated. The aim of this work was to characterize the resistance mechanisms to azoles and echinocandins in Chilean clinical isolates, in order to establish the most prevalent resistance mechanism. We studied 10 strains of C. albicans resistant to azoles and 10 strains resistant to echinocandins, and evaluated their resistance mechanisms using sequencing, q-PCR and functional assays of efflux pumps. We found that several resistance mechanisms are present in the azole and echinocandin resistant strains. However, the most prevalent mechanism of azole resistance was the overexpression of an efflux pump, present in 60% of the tested strains. Resistance to echinocandins can be ascribed predominantly to mutations in the FKS1 gene, mainly in the HS1 region. Mutations of interest were found in 20% of the resistant strains tested. These results provide important information about the predominant resistance mechanisms against two families of antifungals in Chilean strains of C. albicans. A multicenter study, with a greater number of isolates, will be necessary to know the national status of antifungal resistance in C. albicans / Conicyt, Fondecyt