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Facultade de Química Universidade de Santiago de Compostela
ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA
Simulaciones computacionales para el estudio do autoensamblaje espontáneo de péptidos cíclicos en membranas lipídicas
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA
Edificio CIQUS
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR Las enfermedades infecciosas y el cáncer guardan una estrecha relación que todavía presenta demasiadas incógnitas desde el punto de vista científico. La aparición de resistencias contra los fármacos para tratar ambas enfermedades,1 la falta de selectividad de los tratamientos disponibles, y los consiguientes efectos colaterales no deseados en los pacientes2 ponen de manifiesto la necesidad de desarrollar nuevas terapias antineoplásicas y antimicrobianas más eficientes que las actuales. El hecho de que las membranas de las células de mamíferos sanos y las membranas de las bacterias o las de células cancerosas presenten diferente composición lipídica, hace que dichas membranas sean en sí mismas una diana para el desarrollo de nuevos medicamentos antimicrobianos o anticancerígenos. Los “péptidos terapéuticos” que actúan a nivel de la membrana constituyen una alternativa prometedora para el desarrollo de ambos tipos de tratamientos,3,4 especialmente el uso de materiales "inteligentes" que forman las especies activas solo bajo ciertas condiciones específicas, como en la membrana bacteriana/cancerígena. En este sentido, el empleo de péptidos cíclicos que forman nanotubos a nivel de la membrana celular representa uno de los ejemplos más representativos de este tipo de estrategia.5 Durante estas prácticas, se estudiará el autoensamblaje espontáneo de ciclopéptidos en distintos entornos: acuoso y lipídico (diferentes membranas celulares de distinta composición lipídica). Entender los detalles moleculares del proceso de autoensamblaje y permeabilización de la membrana por parte de estas moléculas puede ayudar a entender la intersección entre ambas enfermedades y contribuir a mejorar el diseño racional nuevas moléculas más eficientes y selectivas que puedan ser utilizadas en ambas terapias. En este sentido, las simulaciones computacionales de Dinámica Molecular utilizando diferentes niveles de resolución (atomística y coarse-grain) pueden ayudar a lograr una comprensión detallada de los procesos de interacción entre entidades moleculares y la membrana celular. Además de poder trabajar con uno de los ordenadores más potentes de Europa, el Finisterrae, este proyecto ofrece una atractiva toma de contacto con una de las metodologías computacionales más innovadoras y más empleadas en la actualidad. Esto permitirá al estudiante abrirse camino a nuevos campos relacionados con la biología, biomedicina,…que podrían ser muy útiles en su futuro profesional, al mismo tiempo que contribuirá a un mayor conocimiento de un sistema biológico muy interesante, con gran relevancia en el campo biológico y biomédico.
TAREAS: 1· Manejo básico del entorno Linux y del empleo de recursos computacionales en centros de supercómputo (CESGA) 2· Preparación y ejecución de simulaciones computacionales de Dinámica Molecular, que en los últimos años se han convertido en el compañero más útil y necesario de las técnicas experimentales en este campo, ya que son capaces de capturar el comportamiento de los sistemas biológicos a nivel atómico, a donde la caracterización experimental no es capaz de llegar. 3· Se llevarán a cabo simulaciones computacionales de dinámica molecular de varios tipos de ciclopéptidos que actuarían a nivel de la membrana celular, estudiando su autoensamblaje espontáneo en agua y en diferentes membranas lipídicas con diferente composición de PC (fosfatidilcolina), PE (fosfatidiletanolamina) y PG (fosfatidilglicerol). 4· Las simulaciones de dinámica molecular se llevarán a cabo a dos niveles de resolución: atomística y coarse-grained. El estudiante preparará las simulaciones, las ejecutará en el CESGA y llevará a cabo los análisis básicos de los resultados obtenidos.
Referencias: 1. Theuretzbacher U et al, Int. J. Antimicrob. Agents 2012, 39, 295.2. Baguley BC et al, Mol. Biotechnol. 2010, 46, 308.3. AF Cicero et al, British Journal of Pharmacology 2017, 174 (1), 378.4. Marqus S et al, Journal of Biomedical Science 2017, 24, 21.5. N. Rodriguez-Vazquez et al, Curr. Top. Med. Chem. 2014, 14, 2647.
En Santiago de Compostela a 17 de febrero de 2020
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ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA Familiarización con cromatografía líquida e cromatografía de gases, acopladas a espectrometría de masas de baixa e alta resolución.
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA Instituto de Investigación e Análises Alimentarios (IIAA)/ Instituto de investigación en Análises Químicas e Biolóxicas (IAQBUS), Laboratorio de Química Analítica
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR As tarefas a realizar incluirán a familiarización cos fundamentos, traballo e mantemento dos seguintes tipos de equipos: - Sistemas GC-MS con impacto electrónico (El) e ionización química (CI) - Sistemas GC-MS de baixa (cuadrupolo, Q) e alta resolución (Q-tempo de vo, QTOF) - Sistemas de LC convencionais (HPLC) e de ultra-alta eficacia (upLC) - Sistemas (UP)LC-MS con analizadores de baixa resolución (triple Q, QQQ) e alta resolución (QTOF)
En Santiago a 28 de Novembro de 2019
O/a Titor/a na Institución/Entidade
Ado: Rosario Rodil Rodriguez
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ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA
El estudio de clústeres de átomos metálicos (AQCs) constituye un área, dentro de la nanotecnología, que está adquiriendo cada vez una mayor importancia por las novedosas propiedades asociadas a los mismos, entre las que se destacan su aplicación en catálisis. En este campo es de gran importancia que los clústeres se encuentren desnudos, es decir, libres de ligandos protectores que inhiben fuertemente sus propiedades catalíticas. Uno de los impedimentos mayores para la exploración de sus interesantísimas propiedades reside en el hecho de que no existían métodos que permitan la síntesis de clústeres desnudos de forma similar a la de los nanomateriales. Sin embargo, esta situación ha cambiado desde el descubrimiento de un nuevo método de síntesis en nuestro grupo de investigación, descrito en la reciente solicitud de patente europea (Process for producing atomic quantum clusters, EP18382038.0, 2018). Por su parte, se ha visto que las nanopartículas de TiO2 presentan actividades fotocatalíticas muy importantes para procesos de gran relevancia como es la fotoreducción de CO2 para su conversión en combustibles (metano, metanol, etc). Resultados recientes muestran que dichas actividades catalíticas están relacionadas con la presencia de polarones (que se originan por la presencia de vacantes de oxígeno). Sin embargo, este material presenta problemas relacionados tanto con su estabilidad y que su absorción solamente aprovecha la pequeña parte UV de la radiación solar. Se había visto que la utilización de clústeres de Cu5 (formados por 5 átomos) depositados en la superficie de nanopartículas de TiO2 pueden subsanar los problemas que se presentan en el TiO2 pues originan la formación de polarones superficiales muy estables y, al mismo tiempo, aumentan la absorción de luz no solamente en la parte UV del espectro solar sino también extienden la absorción en el visible (J.Mat.Chem.A, 2019,7489-7500). Recientemente, hemos podido observar que clústeres de Ag5 parecen formar también polarones superficiales de mayor tamaño que con cobre, por lo que en estas prácticas se estudiará la formación de polarones superficiales mediante clústeres de Ag5 depositados en nanopartículas de TiO2, mediante técnicas de EPR así como sus propiedades catalíticas y se compararán los resultados con los obtenidos mediante clústeres de Cu.
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA Laboratorio Nanomag, Instituto de Cerámica, Campus Sur
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR -Síntesis de clústeres de Ag5 -Deposición de clústeres en nanopartículas de TiO2 -Estudio por EPR de la formación de polarones superficiales y estudios catalíticos con los sistemas sintetizados y comparación con clústeres de Cu.
En Santiago de Compostela…. a 20 ..de enero de …2020
O/a Titor/a na Institución/Entidade
Ado:……
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Facultade de Química
Universidade de Santiago de Compostela
Formación práctica dentro dun laboratorio de análises medioambientais.
ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR
En San Cibrao das Viñas…. a .3.de outubro de …2019
O/a Titor/a na Empresa/Institución
… …
Análise físico-química e microbiolóxicade augas de consumo humano, augas continentais e augas residuais. Formación dentro do departamento de calidade.
Edificio Tecnópole I – Local 4 Parque Tecnolóxico de Galicia – San Cibrao das Viñas (Ourense)
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Facultade de Química
Universidade de Santiago de Compostela
Formación práctica dentro dun laboratorio de análises medioambientais.
ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR
En San Cibrao das Viñas…. a .3.de outubro de …2019
O/a Titor/a na Empresa/Institución
… …
Análise físico-química e microbiolóxicade augas de consumo humano, augas continentais e augas residuais. Formación dentro do departamento de calidade.
Edificio Tecnópole I – Local 4 Parque Tecnolóxico de Galicia – San Cibrao das Viñas (Ourense)
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ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN EN PROYECTOS DE I+D EN CURSO
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA BETANZO HB. CARRETERA BETANZOS-SANTIAGO, KM. 3. 15319 BETANZOS, LA CORUÑA
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR ABORDAJE DE UN PROBLEMA A RESOLVER DESDE EL INICIO, CON REVISIÓN BIBLIOGRÁFICAPARA CONOCER EL ESTADO DEL ARTE, PROPUESTA DE UN PLAN DE TRABAJO, DISCUSION,DEFINICIÓN DE UN PROTOCOLO DE ENSAYOS Y DE MÉTODOS DE VALIDACIÓN. REALIZACION,ELABORACIÓN DE ENSAYOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. EN TODO MOMENTO CONTARÁ CONLA COLABORACIÓN DEL EQUIPO, Y TENDRÁ CIERTO MARGEN DE ELECCIÓN DEL PROBLEMA AABORDAR. EL ENFOQUE DEL TRABAJO SE CENTRARÁ EN LA PARTE QUÍMICA.
En Betanzos a .2.de de Octubre 2019
O/a Titor/a na Empresa/Institución
Ado.:… …
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ANEXO II.
PROXECTO FORMATIVO
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES A REALIZAR POLO/A ALUMNO/A
OBXECTIVO DA PRÁCTICA TITULO: Síntesis de un péptido en fase sólida, diseño de un canal transmembranal.
El primer objetivo es que el alumno se familiarizarse con las normas de seguridad en un laboratorio de química y con la investigación que se realiza en el laboratorio. Para ello, bajo la supervisión de un miembro experimentado del grupo, realizará la síntesis de un péptido cíclico. Dicho péptido tendrá las propiedades de formar nanotubos en las membranas lipídicas y transportar iones y moléculas de forma selectiva.
La construcción de materiales funcionales de dimensiones nanométricas, es uno de los pilares del desarrollo nanotecnológico. La bionanotecnología pretende diseñar y preparar materiales nanométricos biocompatibles empleando derivados de los biopolímeros naturales como péptidos, polisacáridos y ácidos nucleicos. Los biomateriales tienen un enorme impacto médico en diversos aspectos, como, por ejemplo, en sistemas de reparto controlado de fármacos para mejorar la seguridad y farmacocinética de los medicamentos (drug delivery: capsulas, transportadores, etc.), o en la ingeniería de tejidos, (piel, hueso, hígado, etc.). En este sentido, las máquinas moleculares naturales son fuente constante de inspiración química (Figura 1). Las máquinas moleculares o nanomáquinas son estructuras moleculares, formadas generalmente mediante procesos de auto-ensamblaje molecular, que desempeñan diversos trabajos mecánicos en respuesta a un aporte energético, como por complejo, el sistema de proteínas que produce el movimiento de los cilios (o los flagelos) o la ATP Sintetasa, proteína responsable de sintetizar ATP a partir del ADP. En muchos casos, estas máquinas moleculares biológicas están insertadas en las membranas biológicas y parte del combustible que las impulsa consiste en el transporte selectivo de iones de un lado al otro de una bicapa lipídica impulsados por el gradiente osmótico. Este transporte de iones se realiza mediante proteínas de membranas conocidas como canales iónicos, que se caracterizan por atravesar las membranas lipídicas y por la presencia de un orificio interno por el cual fluyen los iones.
Figura 1. Máquinas moleculares biológicas. Tal como la ATP Sintetasa (izquierda), junto al complejo proteico responsable del movimiento de cilios y flagelos (derecha).
La gran eficiencia de estas proteínas ha inspirado a los químicos en el desarrollo de sistemas transportadores artificiales más sencillos. A pesar de los grandes avances realizados en estos últimos años, aún falta mucho para alcanzar la eficiencia y selectividad de las proteínas naturales por lo que es necesario proseguir con estos estudios sobre todo empleando modelos sintéticos más sencillos. Los nanotubos peptídicos parecen reunir estas características por lo que son una de las mejores herramientas para estos estudios.[1] Nuestro grupo de investigación ha publicado la puesta punta de un nuevo canal iónico artificial basado en ciclopéptidos que contienen gamma-aminoácidos cíclicos.[2] Estos péptidos, en condiciones apropiadas, se auto-ensamblan en presencia de membranas lipídicas formando nanotubos transmembranales, por el que pueden difundir los iones. La principal característica de estos nanotubos es la modulación de las propiedades internas del canal, lo cual se logra empleando gamma- o delta-aminoácidos[3] con diversos grupos funcionales orientados hacia el interior de la cavidad (Figura 2) del tubo resultante del auto-ensamblaje molecular del péptido cíclico.[4] El estudio de las propiedades transportadoras de estos sistemas se realizará en vesículas, liposomas o en membranas planas (Patch-Clamp).[1,2]
El objetivo de este trabajo es la preparación de un péptido cíclico mediante su síntesis en fase sólida (Figura 2). Este péptido está diseñado para insertarse en las membranas lipídicas y formar nanotubos que transporten iones y moléculas.
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Figura 2. Ciclopéptido precursor de canales de membrana (centro) que posee delta-aminoácidos (izquierda), los cuales permiten construir péptidos con grandes cavidades y modular las propiedades internas del nanotubo formado (derecha) para una mayor selectividad al transporte y a la identificación de biomoléculas.
Referencias: [1] a) M. R. Ghadiri, J. R. Granja, R. A. Milligan, D. E. McRee, N. Khazanovich, Nature 1993, 366, 324-327. b) R. J. Brea, C. Reiriz, J. R. Granja, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1448-1456. [2] R. García-Fandiño, M. Amorín, L. Castedo, J. R. Granja, Chem. Sci. 2012, 3, 3280-3285. [3] A. Lamas, A. Guerra, M. Amorín, J. R. Granja, Chem. Sci. 2018, 9, 8228-82333 [4] a) M. Amorín, L. Castedo, J. R. Granja, JACS 2003, 125, 2844-2845. b) C. Reiriz, M. Amorín, R. García-Fandiño, L. Castedo, J. R. Granja, Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 4358-4361. c) N. Rodríguez-Vázquez, R. García-Fandiño, Manuel Amorín, J. R. Granja, Chem Sci. 2016, 7, 183-187.
LUGAR ONDE SE REALIZARÁ A PRÁCTICA CIQUS (Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares). Campus Vida. Universidad de Santiago de Compostela (USC). http://www.usc.es/ciqus/es/grupos/peptide-nanotubes
DESCRIPCIÓN DETALLADA DAS ACTIVIDADES A REALIZAR El alumno preparará un péptido cíclico empleando técnicas de síntesis en fase sólida. En un primer paso, unirá el primer aminoácido a la resina (soporte sólido) por su cadena lateral y después lo hará crecer mediante el sucesivo acoplamiento de los aminoácidos que lo componen. Una vez disponga del péptido lineal, se llevará a cabo su ciclación, con el péptido aún unido al soporte sólido; se separará del soporte polimérico y se purificará mediante cromatografía líquida de alta presión (HPLC). Finalmente se caracterizará y qeudar´listo apra su estudio como transportador.
En estas prácticas, el alumno, además de familiarizará con la actividad científica propia de un laboratorio de química orgánica, conviviendo y trabajando en un grupo de investigación, tendrá la oportunidad de conocer e iniciarse al manejo de las técnicas como la síntesis en fase sólida, el manejo de técnicas instrumentales para la purificación y caracterización de los compuestos preparados (Cromatografías en columna, capa fina, HPLC, Resonancia magnética nuclear -RMN-, infrarojo, HPLC/MS, polarímetro, etc.).
En …. a ..de de …201
O/a Titor/a na Institución/Entidade
Ado: Juan Granja y Manuel Amorín
