AyTBUAP 7(25) by Alianzas & Tendencias BUAP

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Rectora, Dra. Lilia Cedillo Ramírez Secretario General, Mtro. José Manuel Alonso Orozco Vicerrector de Investigación y Estudios de Posgrado, Dr. Ygnacio Martínez Laguna ALIANZAS Y TENDENCIAS BUAP. Año 7, Nº 25, Enero-Marzo de 2022, es una publicación trimestral editada por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, con domicilio en 4 sur 104, Col. Centro, C.P. 72000, Puebla Pue., Tel. +52 222 2295500 Ext. 2557 Director Fundador: Dr. Martín Pérez Santos (Dirección de Innovación y Transferencia del Conocimiento, BUAP). Director y Editor en jefe: Dr. Jesús Muñoz Rojas (Instituto de Ciencias, BUAP). Editores asociados: Dra. Verónica Quintero-Hernández (Cátedra CONACYT-Instituto de Ciencias, BUAP). Dra. Yolanda Elizabeth Morales-García (Facultad de Ciencias Biológicas, Licenciatura en Biotecnología, BUAP). D. C. Abdelali Daddaoua (Departamento de Bioquímica y Biología Molecular II. Facultad de Farmacia. Universidad de Granada, Granada, España). D. C. Alma Rosa Netzahuatl Muñoz (PTC del programa académico de Ingeniería en Biotecnología, Universidad Politécnica de Tlaxcala, Colonia San Pedro Xalcaltzinco, Tepeyanco, Tlaxcala, México). Comité Editorial/Editorial Board D. C. Patricia Bernal Guzmán (Facultad de Biología, Universidad de Sevilla, Sevilla, Andalucía, España). D. C. Miguel Matilla Vázquez (Department of Environmental Protection, Estación Experimental del Zaidín, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Granada, España). D. C. Antonino Báez Rogelio (Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). D. C. Miguel Ángel Villalobos López (Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada, Instituto Politécnico Nacional, Tepetitla de Lardizabal, Tlaxcala, México). D. C. Hortencia Silva Jiménez (Área de Oceanografía Química, Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Ensenada, Baja California, México). D. C. Arturo Elías Domínguez ("Facultad de Ciencias Básicas, Ingeniería y Tecnología", Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Tlaxcala, Calzada Apizaquito s/n. Apizaco, Tlaxcala, México). D. C. José María Sigarreta Almira (Facultad de Matemáticas de la Universidad Autónoma de Guerrero, Acapulco, México).

M. C. Carla de la Cerna-Hernández (Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). D. C. Mayra Z. Treviño Garza (Departamento de Alimentos, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México). D. C. Jesús Manuel Muñoz Pacheco (Facultad de Ciencias de la Electrónica, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). D. C. Siara Silvestri (Postgraduate Program in Environmental Engineering, Environmental Engineering Department, Federal University of Santa Maria–UFSM, 1000, Roraima Avenue, Santa Maria, RS, 97105-900, Brazil). D. C. Cindy Bandala ((1) Instituto Nacional de Rehabilitación LGII. (2) Sección de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional). D.C. Paulina Estrada de los Santos (Instituto Politécnico Nacional, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. Prol. Carpió y Plan de Ayala s/n, Col. Santo Tomás, Del. Miguel Hidalgo C.P.11340. Ciudad de México, México). D. C. J. Antonio Ibarra García (Laboratorio de Genética Microbiana, Departamento de Microbiología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional. Prolongación de Carpio y Plan de Ayala s/n Col. Santo Tomás C.P. 11340, Alc. Miguel Hidalgo, Ciudad de México, México). D. C. Marbel Torres-Arias (Dpto. de Ciencias de la Vida y la Agricultura, Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE, 593 23989400 ext 2122, 0983929887, Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Sangolqui, Ecuador). D. C. Judith Percino Zacarías (Polymer Research Group, Centro de Química, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). Reserva de Derechos al uso exclusivo 04-2016-061316422200203, ISSN: 2594-0627, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor de la Secretaría de Cultura. Responsable de la última actualización de este número la Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento de la BUAP, Dr. Martín Pérez Santos, domicilio en Prolongación de la 24 Sur y Av. San Claudio, Ciudad Universitaria, Col. San Manuel, Puebla, Pue., México, C.P. 72570, fecha de la última modificación, 31 de marzo de 2022. Email de contacto: jesus.munozrojas@viep.com.mx (Dr. Jesús Muñoz-Rojas) Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Revista indizada en: Latindex, REDIB, CiteFactor, International Scientific Indexing, Academic Resource Index, Scientific Journal Impact Factor, Zenodo, Google Académico, OpenAire. Portada Lic. Arte Digital Ximena Gordillo Ibarra Lic. Arte Digital Jesús Mauricio Muñoz Morales

CONTENIDO AyTBUAP 7(25) i.

Un bosquejo de artículos de Alianzas y Tendencias BUAP citados en manuscritos publicados en otras revistas científicas.

Nadia Denisse Rodríguez-Velázquez, Belén ChávezRamírez, Irene Gómez de la Cruz, María-Soledad Vásquez-Murrieta, Paulina Estrada de los Santos*

Antonino Baez*, Jesús Muñoz-Rojas**

El género Trichoderma en fincas de café con diferente tipo de manejo y estructura vegetal en el centro del estado de Veracruz, México. Rosa María Arias Mota*, Gabriela Heredia Abarca

El Protein Data Bank (PDB) y su impacto en la investigación científica. Enrique Rudiño-Piñera, Verónica QuinteroHernández, Victor Rivelino Juárez-González*

El cultivo del cacao, sus características y su asociación con microorganismos durante la fermentación.

La evolución dirigida y la coevolución tecnologías de frontera para mejorar las funciones en las proteínas Rodrigo Arreola Barroso, Verónica QuinteroHernández, Jesús Muñoz-Rojas, América RiveraUrbalejo, Victor Rivelino Juárez-González*

AyTBUAP 7(25):i-xii Baez & Muñoz-Rojas, 2022 http://doi.org/10.5281/zenodo.6395146 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.07.25

Un bosquejo de artículos de Alianzas y Tendencias BUAP citados en manuscritos publicados en otras revistas científicas Antonino Baez iD, Jesús Muñoz-Rojas iD Grupo “Ecology and Survival of Microorganisms”, Laboratorio Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Ciudad Universitaria, San Manuel, Puebla, México. C. P. 72570. Email autores corresponsales: *antonino.baez@correo.buap.mx;* joymerre@hotmail.com* RESUMEN El incremento de la calidad de una revista depende de un buen trabajo científico y editorial, sin embargo, también requiere de un sistema de difusión y “marketing” que permita un mayor número de visualizaciones, mayor número de citas y aumento de factor de impacto. En Alianzas y Tendencias BUAP (AyTBUAP) se han introducido nuevas características a la versión HTML, un botón de “me gusta” y un contador de visitas con el fin de cuantificar el número de visualizaciones y conocer los lugares donde nos están leyendo. En esta editorial nos propusimos analizar cuantas citas hemos recibido y conocer algunos de los trabajos que nos han citado, para visualizar la relevancia de nuestros manuscritos desde otra perspectiva. Finalmente mostramos los artículos que han sido aceptados para su publicación en la revista AyTBUAP en el número 7(25). Palabras clave: visibilidad; difusión científica; factor de impacto; citas; AyTBUAP. ABSTRACT The increase in the quality of a journal depends on good research and editorial work, however, it also requires an efficient marketing system that allows a greater number of views, a greater number of citations and an increase in the impact factor. In Alliances and Trends BUAP (AyTBUAP) new features have been introduced to the HTML version, a “like” button and a visit counter in order to quantify the number of views and know the places where they are reading us. In this editorial we analyzed how many citations we have received and learn about some of the works that have cited us, to visualize the relevance of our manuscripts from another perspective. Finally, we show the articles that have been accepted for publication in the AyTBUAP journal in number 7(25). Keywords: visibility; scientific dissemination; impact factor; quotes; AyTBUAP. i Editorial

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INTRODUCCIÓN

artículos pasados también se les introducirán los caracteres mencionados, sin embargo, nos tomará un poco de tiempo para que todos los artículos de la revista estén cubiertos. Regresando al asunto de las métricas, las citas son el pilar fundamental del factor de impacto y también del índice H de los autores [2,3]. Por este motivo en AyTBUAP decidimos iniciar una labor continua de análisis respecto a quienes, y porqué nos han citado, con el fin de visualizar el crecimiento de la revista y madurez de nuestro trabajo como equipo editorial, desde otra perspectiva.

El crecimiento en la calidad de una revista requiere de un buen trabajo científico y editorial, además, también se requiere de inversión de tiempo en el “marketing” y la difusión de los artículos publicados en diferentes plataformas para el aumento de la visibilidad [1]. Dentro de los parámetros de calidad considerados por las indizadoras se encuentran el número de lecturas recibida por manuscrito, ya que algunas de estas se convertirán en citas. El número de citas son la base para que una revista adquiera un factor de impacto visible [2]; considerado el parámetro fundamental de criterio de calidad. Por esta razón, no debemos de perder de vista este parámetro, ya que nos permite visualizar como ocurre el crecimiento de un “journal científico”, en especial si se trata de revistas que no están respaldadas por una editorial fuerte que se encargue de incrementar la visibilidad de la revista. En Alianzas y Tendencias BUAP (AyTBUAP) no habíamos considerado incrustar un contador de visitas por artículo, ni tampoco un botón para que los lectores puedan dar “me gusta”. Sin embargo, estas dos características nos ayudarán a saber cómo están recibiendo la información nuestros lectores y el

Algunas citas de AyTBUAP En acuerdo con Google Académico, la revista AyTBUAP ya cuenta con más de 60 citas (Figura 1). Esto significa que el trabajo desarrollado por los autores ha logrado ser considerado por los lectores para ser mencionado en otros trabajos y es un paso fundamental rumbo a la obtención de factor de impacto en indexadoras de mayor fortaleza [4,5]. A continuación, haremos mención de algunos de los manuscritos que han referenciado a algún trabajo publicado previamente en Alianzas y Tendencias BUAP. Es importante destacar que los manuscritos citados corresponden a temas relacionados con el cáncer, la diabetes, las sustancias antimicrobianas, las bacterias promotoras del crecimiento de plantas y el medio ambiente.

lugar desde nos hacen la visita. Por esta razón, a partir del presente número todos los manuscritos contarán con estos botones con el fin de conocer que artículos se leen y gustan más por parte de nuestros lectores. A los ii

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Figura 1. Citas registradas a artículos de la revista Alianzas y Tendencias BUAP. Revisado el 20 de marzo de 2022.

1) El cáncer Uno de los mayores problemas de salud humana en todo el mundo es el cáncer, que se define como una colección de enfermedades relacionadas, donde algunas de las células del cuerpo comienzan a dividirse sin detenerse y extenderse a los tejidos circundantes [6]. El origen de este problema es multifactorial y su tratamiento se ha abordado desde perspectivas multidisciplinarias [7]. Desafortunadamente, la incidencia del cáncer ha ido en aumento y un mayor número de personas requieren tratamientos para combatir este problema [6]. Alianzas y Tendencias BUAP ha contribuido en la difusión de conocimiento en este tema y a

continuación se mostrarán algunas contribuciones que han sido citadas en otras revistas. Relación de las vesículas extracelulares con la propagación del cáncer En este manuscrito se fundamentó la relación que existe entre la propagación del cáncer y las vesículas extracelulares [8]. Los autores citaron el trabajo de Sandoval Montiel et al.,( 2017) [9], titulado “Las vesículas extracelulares y su papel en la salud y el cáncer”; ya que este trabajo sirvió como definición fundamental de las vesículas extracelulares [8].

iii Editorial

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Estudio proteómico de CD44, Ciclina D1 y

pronóstico de las complicaciones [13]. Los

Galectina 9 como biomarcadores salivales en desórdenes potencialmente malignos de la cavidad bucal Los desórdenes potencialmente malignos (DPM) presentan un mayor riesgo mayor de transformación maligna a carcinoma. En este trabajo se estudió la expresión proteómica de las proteínas CD44, ciclina D1 y galectina 9 en fluido salival de pacientes con DPM respecto de un grupo control [10]. Los autores referenciaron a Martínez-Morales et al., 2018, como base para argumentar la relación del aumento de la galectina 9 con cáncer oral, páncreas, de ovario y hematológicos, además en su participación en apoptosis, adhesión celular y eventos de metástasis [10,11].

autores de este trabajo citaron a Pérez-Santos (2020) [14], debido a que éste último reportó que la retinopatía diabética puede ser tratada por la administración de un inhibidor de miRlet-7b, lo cual afectó los niveles y la actividad funcional de miR-let-7b [14]. 3) Las sustancias antimicrobianas Un problema nosocomial está relacionado con las infecciones emergentes causadas por bacterias multirresistentes a los antibióticos actuales [15], lo cual puede convertirse en la siguiente pandemia mundial si no se atiende con relativa urgencia [16]. AyTBUAP ha contribuido con trabajos en el tema, específicamente sobre fuentes para la obtención de nuevas sustancias inhibitorias y algunos de estos trabajos referenciados se abordan a continuación.

2) La diabetes mellitus La diabetes mellitus es una enfermedad que ha causado muchos problemas a la salud humana, principalmente debido a las complicaciones asociadas [12]. AyTBUAP ha contribuido con algunos trabajos en este tema y uno de ellos ya ha sido citado en otra revista, como se muestra a continuación. Firmas de miARN en la retinopatía y la nefropatía diabéticas: delineación de los

Búsqueda de bacterias productoras de antibióticos a partir del culturoma rizosférico En este manuscrito se aislaron bacterias rizosféricas y se evaluó su potencial para producir nuevos compuestos antimicrobianos, con la finalidad de contar con alternativas para contrarrestar a bacterias multirresistentes [17].

mecanismos subyacentes Esta revisión evaluó el papel de los miARN en la retinopatía diabética y la nefropatía diabética con énfasis en la desregulación de varias vías involucradas. Además, se mostró el papel de los miARN signifcativos como biomarcadores para el diagnóstico y también se discutió el

En este caso el trabajo citado es el de Matilla & Krell (2017) [18]; Bacterias rizosféricas como fuente de antibióticos, debido a que es una buena referencia de base y porque explica como algunas bacterias rizosféricas son capaces de producir una gran cantidad de metabolitos secundarios, que favorecen la supervivencia y iv

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la competitividad bacteriana en su hábitat

refieren al trabajo de Morales-García et al 2020

[17,18].

[23]; destacando la importancia de los consorcios bacterianos para el buen desarrollo y salud de las plantas.

Caracterización estructural de péptidos de escorpión y su actividad bactericida frente a aislados clínicos de bacterias multirresistentes En este trabajo se evaluó la capacidad de algunos péptidos antimicrobianos para inhibir el crecimiento de bacterias patógenas multidrogo resistentes [19]. Los autores citaron la revisión de Quintero-Hernández et al., (2017) [20], como base fundamental de la introducción del manuscrito, en especial refiriéndose a la gran cantidad de moléculas bioactivas que poseen las glándulas del alacrán, entre ellas los péptidos antimicrobianos [19].

Evaluación de Bacillus spp. como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) en brócoli (Brassica oleracea var. italica) y lechuga (Lactuca sativa) Aquí se estudió la capacidad de algunas cepas del género Bacillus para promover el crecimiento de lechuga y brócoli mediante pruebas en laboratorio y campo [24]. En este trabajo se citó a Vivanco-Calixto et al., 2016 [25], como punto de referencia de los posibles mecanismos de promoción de crecimiento implicados en lo observado en lechuga y brócoli al ser inoculados con cepas del género Bacillus

4) Las bacterias benéficas para las plantas Diversas bacterias son capaces de interaccionar con las plantas y les otorgan beneficios como la promoción de crecimiento o la protección contra patógenos [21]. AyTBUAP ha publicado diversos trabajos en este tema y varios de ellos ya han sido citados por artículos de otras revistas; los cuales se muestran a continuación. Los microorganismos benéficos simbiosis mutualista con las plantas

Efecto de microorganismos bioestimulantes en la morfometría de Lactuca Sativa L. bajo un sistema hidropónico de raíz flotante En el presente trabajo se evaluó el efecto de diversos microorganismos bioestimulantes en parámetros morfométricos de Lactuca sativa L. cv. 'Parris Island' bajo cultivo hidróponico de raíz flotante con solución nutritiva Steiner en invernadero [26]. Los autores hicieron

Trabajos de tipo conferencia abierta, también han considerado citar a manuscritos de Alianzas y Tendencias BUAP, como es el caso de Morales-Barrón et al., 2021 [22]. Donde se muestra la relevancia de la interacción de microorganismos benéficos con las plantas y

referencia de la publicación de SánchezNavarrete et al., (2021) [27], cuando relacionaron la producción de ácido indol acético con el aumento de biomasa de las plantas inoculadas con Azospirillum brasilense [26,27].

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Importancia de compuestos antimicrobianos

mismo, aumentando con Ecopaís®, el torque

producidos por bacterias benéficas en el biocontrol de fitopatógenos En este trabajo se muestra el potencial de las bacterias benéficas para producir compuestos antimicrobianos y su importancia como estrategia de biocontrol en campos agrícolas [28]. Los autores citaron la revisión de Matilla & Krell (2017) [18], como una fuente de información de compuestos antimicrobianos producidos por bacterias benéficas para las plantas.

del motor hasta 6.58% y disminuyendo la potencia 4.21%, además se observó una reducción de 1.21% de emisión de CO. Los autores del trabajo citaron a de la Cerna, 2016 [31]; como parte de las definiciones del bioetanol basados en nomenclaturas de letras [30]. Lógica difusa y datos topográficos: susceptibilidad a la salinización del suelo en el municipio de Jeremoabo, Bahía En este estudio se evaluó la susceptibilidad ambiental a la salinización del suelo utilizando el modelado de datos topográficos en la región semiárida de Brasil [32]. Los autores de este estudio citaron a Guevara-Luna et al., 2020 [33], como base de su introducción al comentar que la salinización primaria o natural ocurre a través de la integración de varios componentes, como elementos topográficos, al favorecer la deposición de sal en terrenos planos debido a la escorrentía superficial [32,33].

5) El medio ambiente El medio ambiente es fundamental para la vida de cualquier organismo, por lo que debemos cuidarlo y procurar contaminarlo en lo mínimo e incluso bioremediarlo [29]. AyTBUAP ha puesto su granito de arena en este tema y algunos de sus artículos se han referenciado por otros autores, como se muestra en los siguientes subtemas. Análisis comparativo del funcionamiento de un motor Fiat Uno 1100cc utilizando gasolina extra y bioetanol La contaminación por gases que generan los automotores, incide directamente al medio ambiente, razón por la que se han desarrollado

Aplicación de recubrimiento de PET en tejas de papel de reciclaje: fabricación y pruebas Este trabajo fue publicado por MuñozHernández et al., (2021) [34] y muestra el proceso para fabricar tejas con papel reciclado

combustibles alternativos a los provenientes del petróleo [30]. En este trabajo se realizó un análisis comparativo de la incidencia del combustible Ecopaís® frente a la gasolina Extra, en el rendimiento del motor de un vehículo FIAT UNO 1100 CC a carburador, se observó la variación en el comportamiento del

y fibras de lirio acuático, con cubierta de PET. Los autores del manuscrito mencionado citaron la referencia de Miguel-Barrera et al., 2020 [35]; Modelo de biorremediación de plomo con lirio acuático. Miguel-Barrera et al., 2020 menciona que el Lago de Valsequillo en Puebla está altamente contaminado con plomo por lo vi

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que su uso como forraje no está permitido, por

microbiología agrícola y dos más al área

lo que podría ser usado para otros propósitos como la elaboración de tejas [34]. Desde luego que hay más información de artículos citados que el equipo editorial de AYTBUAP todavía no ha analizado. Sin embargo, este manuscrito representa un buen comienzo para entender el impacto de los artículos publicados en la revista y continuar con las buenas prácticas de arbitraje estricto junto con una adecuada actividad de trabajo para incrementar la visibilidad de las publicaciones. Otros manuscritos de AyTBUAP también han recibido citas, sin embargo, solo hemos seleccionado algunos al azar para presentarlos en esta editorial.

químico-biológicas. Otros manuscritos tuvieron que ser rechazados y se invitó a los autores a tomar el reto de mejorar sus escritos para volver a someterlos en una versión mejorada. Invitamos a autores de todas las regiones del mundo a publicar en AyTBUAP con el fin de mostrar sus trabajos en forma abierta desde nuestra plataforma. CONCLUSIÓN El crecimiento de AyTBUAP no solo dependerá de un buen trabajo por parte de los autores y de la evaluación estricta por expertos, también es importante desarrollar un buen trabajo de difusión de los mismos para obtener más lectores y en consecuencia un mayor número de citas. La revista AyTBUAP cada vez tiene una mayor visibilidad, lo cual se refleja en las lecturas a los manuscritos (se puede revisar desde las indizadoras) y en las citas recibidas. Aún falta un largo camino para incrementar el factor de impacto y nuestro compromiso es sólido para poder conseguirlo.

Los manuscritos del número 7(25) de AyTBUAP En el periodo de enero a marzo de 2022 se aprobaron 4 manuscritos para ser publicados en Alianzas y Tendencias BUAP (Tabla 1). Los 4 fueron revisados por expertos en los temas implicados, dos corresponden al área de

Tabla 1. Artículos publicados en AyTBUAP en el periodo enero a marzo de 2022 Título Área de estudio Referencia El género Trichoderma en fincas de café con diferente Microbiología agrícola (36) tipo de manejo y estructura vegetal en el centro del estado de Veracruz, México El Protein Data Bank (PDB) y su impacto en la Químico-Biológicas (37) investigación científica El cultivo del cacao, sus características y su asociación Microbiología agrícola (38) con microorganismos durante la fermentación La evolución dirigida y la coevolución tecnologías de Químico-Biológicas (39) frontera para mejorar las funciones en las proteínas

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CONFLICTO DE INTERESES

Based Spine Care J. 2011;2(01):5–6.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

[6]. Muñoz-Rojas J. Importance of producing economic compounds to combat cancer. Microb Biotechnol [Internet]. 2017 Jul 1;10(4):683–4. Available from: https://doi.org/10.1111/1751-7915.12491

AGRADECIMIENTOS Agradecemos a la VIEP-BUAP por el apoyo que ha otorgado para realizar nuestras investigaciones. También, agradecemos a la Dra. Alma Rosa Netzahuatl Muñoz por tomarse el tiempo de revisar esta editorial. REFERENCIAS [1]. Díaz-Samada RE, Vitón-Castillo AA. ¿Cómo aumentar la visibilidad de las publicaciones científicas? Rev Cuba Med Mil [Internet]. 2020;49(2):442–4. Available from: https://doaj.org/article/c852c7a2bbff4f7db4a8c 6c5a8620f8c [2]. Dong P, Loh M, Mondry A. The “impact factor” revisited. Biomed Digit Libr [Internet]. 2005;2(1):7. Available from: https://doi.org/10.1186/1742-5581-2-7 [3]. Hirsch JE, Buela-Casal G. The meaning of the h-index. Int J Clin Heal Psychol [Internet]. 2014;14(2):161–4. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S169726001470050X [4]. Caon M. Gaming the impact factor: where who cites what, whom and when. Australas Phys Eng Sci Med [Internet]. 2017;40(2):273– 6. Available from: https://doi.org/10.1007/s13246-017-0547-1 [5]. Thieme Verlag G. Rating an academic journal—indexing and impact factor. Evid viii Editorial

[7]. Maricruz Anaya-Ruiz, Martín Pérez-Santos JM-R. Mapping Publications and Patents in Breast Cancer Immunotherapy. Acta Sci Cancer Biol. 2017;1(2):11–5. [8]. López Cata F de J, Sabourín Divé J, Matos Santiesteben M, Casrillo-Miranda OL. Relación de las vesículas extracelulares con la propagación del cáncer. Rev Progaleno [Internet]. 2020;3(3):154–69. Available from: http://revprogaleno.sld.cu/index.php/progaleno /article/view/200/81 [9]. Sandoval-Montiel ÁA, Hernández-Cortés P, Guerrero-Reyes J, Anaya-Ruiz M, RosasMurrieta NH. Las vesículas extracelulares y su papel en la salud y el cáncer. Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2017;2(7):7–11. Available from: https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.adtq 175xo525 [10]. Baudo JE, Barilaro HL, Fernández M, Arcuri A, Arcuri M, Giménez J, et al. Estudio proteómico de CD44, Ciclina D1 y Galectina 9 como biomarcadores salivales en desórdenes potencialmente malignos de la cavidad bucal. Rev Fac Odontol Univ Nac (Cordoba) [Internet]. 2019;XVIII Jorn:57–9. Available from: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/90191 [11]. Martínez-Morales PL, Milflores-Flores L,

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Vallejo-Ruíz V. La galectina-9 y sus efectos

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protectores contra el cáncer. Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2018;3(9):5–19. Available from: https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.2okl ld8kx6d3

7GpS9d_OAnXU_O-4Wpc-FZ/view [17]. Fernández-Villacorta N, Mateos PF, Saati-santamaría Z. Bio-Prospecting for Antibiotic Producing Bacteria from the Rhizospheric Culturome. FarnaJournal [Internet]. 2020;5(2):43–50. Available from: https://gredos.usal.es/handle/10366/144315

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[19]. Cesa-Luna C, Muñoz-Rojas J, SaabRincon G, Baez A, Morales-García YE, JuárezGonzález VR, et al. Structural characterization of scorpion peptides and their bactericidal activity against clinical isolates of multidrug-

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resistant bacteria. PLoS One [Internet]. 2019 Nov 11;14(11):e0222438. Available from: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0222438 [20]. Quintero-Hernández V, Cesa-Luna C, Muñoz-Rojas J. Péptidos antimicrobianos de alacrán. 2017 [Internet]. 2017;2(6):10–6. Available from: https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.dn5a j1cn36bp

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[16]. Quintero-Hernández V. La próxima pandemia: Bacterias multirresistentes a antibióticos. Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2021;6(21):i–vii. Available from:

[22]. Morales-Barron BM, Rivera-Mendoza D, Peralta-Ayala JC. Los microorganismos ix

Editorial

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benéficos y su simbiosis mutualista con las

[26]. Pineda-acosta AS, Lara-capistrán L, Hernández-montiel LG. Efecto de Microorganismos Bioestimulantes en la Morfometría de Lactuca Sativa L. bajo un Sistema Hidropónico de Raíz Flotante. RINDERESU [Internet]. 2021;6(1–2):27–37. Available from: http://www.rinderesu.com/index.php/rinderesu /article/view/115/117

plantas. Asoc Poblana Ciencias Microbiológicas [Internet]. 2021;Sesión 171(March):3–5. Available from: https://sites.google.com/view/apcmac/2021conferencias-conferences/26-03-2021-bmmb [23]. Morales-García YE, Juárez-Hernández D, Hernández-Tenorio A-L, Muñoz-Morales JM, Baez A, Muñoz-Rojas J. Inoculante de segunda generación para incrementar el crecimiento y

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xii Editorial

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022 http://doi.org/10.5281/zenodo.5881567 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.07.25.01

El género Trichoderma en fincas de café con diferente tipo de manejo y estructura vegetal en el centro del estado de Veracruz, México Rosa María Arias Mota1* iD, Gabriela Heredia Abarca2 iD. 1

Instituto Tecnológico Superior de Xalapa. Reserva Territorial SN, Col. Santa Bárbara, Xalapa, Veracruz, México. 2Instituto de Ecología A.C, Xalapa. km 2.5 antigua carr. a Coatepec 361 Congregación el Haya. *Email autor corresponsal: *rosa.am@xalapa.tecnm.mx Recibido: 16 octubre 2021. Aceptado: 25 noviembre 2021

RESUMEN Antecedentes: Diversos factores tanto bióticos como abióticos afectan a las poblaciones y diversidad de comunidades microbianas en los agroecosistemas, tales como la diversidad de especies vegetales, competencia microbiana, propiedades físico-químicas de los suelos, aplicación de pesticidas y/o fertilizantes, así como la región geográfica. Objetivo: Comparar la abundancia de colonias, la riqueza y diversidad de especies del género Trichoderma en cafetales con diferente tipo de manejo y estructura biofísica de la vegetación en el centro del estado de Veracruz. Métodos: Las colonias de Trichoderma fueron aisladas de 5 fincas cafetaleras mediante la técnica de lavado de partículas de suelo; la determinación taxonómica de las especies se llevó mediante caracteres morfológicos; para cada finca se calculó la abundancia y riqueza de las especies de Trichoderma y los índices de diversidad, equitatividad y dominancia. La relación entre el manejo agronómico y las características edáficas con las poblaciones de Trichoderma se analizaron mediante pruebas de regresión lineal. Resultados y discusión: Para esta región cafetalera se aislaron 87 colonias de Trichoderma, ubicadas dentro de 12 especies diferentes, cuatro de las cuales ya había sido reportadas en rizosfera de café. La abundancia, riqueza y diversidad de especies fueron muy parecidas en todos los cafetales, ya que no se observaron diferencias significativas entre ellos. La abundancia de las especies de Trichoderma se relacionó de manera significativa con el índice de manejo que reciben los cafetales y la riqueza específica con el contenido de fósforo de los suelos de los cafetales.

Palabras clave: Trichoderma; cafetales; tipo manejo; estructura de la vegetación; propiedades fisicoquímicas del suelo. 1 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

ABSTRACT Background: Biotic and abiotic factors affect the populations and diversity of microbial communities in agroecosystems, such as the diversity of plant species, microbial competition, physical-chemical properties of soils, application of pesticides and / or fertilizers, as well as the geographic region. Objective: To compare the abundance of colonies, the richness and diversity of species of the genus Trichoderma in coffee plantations with different types of management and biophysical structure of the vegetation in the center of the state Veracruz. Methods: Trichoderma colonies were isolated from 5 coffee farms using the soil particle washing technique; the taxonomic determination of the species was carried out by morphological characters; for each farm, the abundance and richness of Trichoderma species and the diversity, fairness and dominance indices were calculated. The relationship between agronomic management and edaphic characteristics with Trichoderma populations was analyzed using linear regression. Results and discussion: For this coffee region, 87 Trichoderma colonies were isolated, within 12 different species, 4 of which had already been reported in the coffee rhizosphere. The abundance, richness and diversity of species were very similar in all coffee plantations, since no significant differences were observed between them. The abundance of Trichoderma species was significantly related to the management index received by the coffee plantations and the specific richness with the phosphorus content of the coffee plantation soils. Keywords: Trichoderma; Coffee plantations; management; vegetation structure; physicalchemical.

INTRODUCCIÓN

los suelos, es una evidencia de su plasticidad

Trichoderma constituye uno de los géneros con

ecológica y su habilidad para competir por

mayor distribución y dominancia tanto en

espacio y recursos nutricionales. La rápida taza

suelos agrícolas como en áreas naturales.

de crecimiento de sus colonias, su abundante

Agrupa

esporulación, la amplia gama de enzimas que

micromicetos filamentosos anamorfos los

pueden sintetizar, así como la producción de

cuales se ubican en la familia Hypocreaceae

diversas micotoxinas, ubican a las especies del

dentro de la clase Ascomycetes [1]. Por la gran

género Trichoderma como hongos con una alta

cantidad de registros de las especies de

capacidad saprofítica competitiva [4].

alrededor

438

especies

Trichoderma en todo tipo de ecosistemas, se

En la última década

considera que su distribución es cosmopolita [2,

se ha

extendido

exitosamente el empleo de especies de

3].

Trichoderma para el control de enfermedades

La abundancia de especies de Trichoderma en

agrícolas [5]. Se ha comprobado que la especie 2

Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

T. aureoviride pueden proporcionar otro tipo de

modalidades de producción: café bajo sol y café

beneficios a los cultivos, entre los cuales está la

bajo sombra, dentro de este último se han

solubilización de fosfatos de calcio y hierro [6],

distinguido

los cuales son vitales para el metabolismo

densidad y el tipo de especies arbóreas que se

vegetal [7, 8] y la producción de metabolitos y

utilizan para sombra (las cuales pueden ser

hormonas de crecimiento (auxinas, giberelinas

elementos nativos de la región o bien especies

y citoquininas) que estimulan la germinación y

domesticadas para su comercialización). Otros

el desarrollo de las plantas [9, 10, 11].

factores que caracterizan a las fincas cafetaleras

Por las características mencionadas, el manejo

son la intensidad en el uso de pesticidas y

de las especies de Trichoderma es una

fertilizantes y la producción y diversidad de

alternativa

productos para autoconsumo [13]. En México,

aplicación de productos químicos que pueden

Chiapas es el principal productor de café,

ocasionar daños ambientales y a la salud del

entidad que aporta el 39 por ciento del volumen

hombre y animales domésticos. Así mismo es

nacional, seguido de Veracruz con el 30 por

necesario contar con productos biológicos que

ciento y Oaxaca con el 13 por ciento; otros

apoyen el desarrollo de los cultivos orgánicos,

importantes estados productores de café son

para que el agricultor pueda optar por mejores

Puebla, Guerrero, Hidalgo, Nayarit y San Luis

precios en el comercio internacional.

Potosí [14]. Hasta 2017, los estados de Chiapas,

promisoria

para

disminuir

diferentes

sistemas

según la

Oaxaca, Veracruz y Puebla eran los principales

El café es uno de los cultivos más importantes

estados productores de café orgánico.

en México, constituye el principal producto agrícola de exportación. Su distribución se

Existen pocos estudios a nivel mundial sobre

extiende de 300 hasta 2000 metros sobre nivel

las poblaciones de Trichoderma en suelos

del mar (msnm), principalmente en zonas

cafetaleros; sin embargo, los estudios de Okoth

cerriles y montañosas. A nivel mundial durante

et al., [17, 18] en Kenia y Belayneh-Mulaw [19]

los años 2018/2019 México se ubicó entre los

en Etiopia presentan información relevante

principales países productores de este cultivo

sobre las especies de Trichoderma en cafeteles.

junto

Colombia,

Además, Velmourougane et al., [16] en la India

Indonesia, Honduras, Guatemala y Costa de

demostraron la dominancia de este género en

Marfil [12].

las plantaciones cafetaleras. Para México;

con

Brasil,

Vietnam,

Persiani y Maggy [15] reportaron dos especies

En las fincas cafetaleras de México, de manera

de Trichoderma (T. harzinaum y T. koningii) en

general se pueden diferenciar dos principales 3

Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

un listado de micromicetos de la rizosfera de

(época de nortes), una estación seca y cálida

plantas de café y Arias et al., [20] destacaron a

durante abril y mayo (época de secas) y la

T. cremeum y T. koningi como especies

estación húmeda y cálida de junio a octubre

dominantes de suelos de fincas cafetaleras en el

(época de lluvias) [21]. Los suelos según la

estado de Veracruz.

clasificación SICS-ISRIC-FAO corresponden a

El objetivo principal de este estudio fue evaluar

Acrosoles

género

características de los sitios de estudio, las

Trichoderma y analizar el efecto de la

propiedades fisicoquímicas de los suelos, la

estructura biofísica de la vegetación y el tipo de

estructura biofísica de la vegetación y el manejo

manejo de los cafetales sobre las especies de

agrícola se resumen en las tablas 1 y 5.

diversidad

especies

del

ándicos

[22].

Las

principales

este género en una zona cafetalera del centro del Muestreos

estado de Veracruz.

Dentro de cada sitio se tomaron 5 puntos de muestreo, en cada punto se consideró como

METODOLOGÍA

centro una planta de café, a partir de la cual se

Zona de estudio

definieron 2 ejes de 1 m; uno norte-sur y otro La zona de estudio se localiza en el centro del

oriente-occidente; en el extremo de cada eje se

estado de Veracruz, México, en la región

tomó una muestra de 250 g de suelo a una

cafetalera Coatepec-Huatusco, entre los 1000 a

profundidad de 10 cm. las cuales se mezclaron

1350 msnm. Los sitios de estudios incluyen

para obtener una muestra mixta de cada punto.

cinco fincas cafetaleras con diferente tipo de

Las muestras de suelo se colectaron en mayo y

manejo y estructura de vegetación consistentes

en septiembre del 2017.

en: un monocultivo bajo sol, un monocultivo con sombra especializada, dos policultivos tradicionales (sencillo y diverso) y un sistema

Aislamiento, cuantificación e identificación

rústico (Fig. 1). El clima en el área es semi-

Para aislar los hongos se empleó la técnica de

tropical, la precipitación media anual es de

filtración de partículas o lavado de suelo a

1350-2200 mm y la temperatura media anual

través de un juego de tres micro tamices con

fluctúa entre 12 y 19 °C; típicamente hay tres

aperturas de 1mm (tamiz superior), 210 µm y

estaciones definidas, una relativamente seca y

105 µm (tamices medio e inferior) [26]. De

templada que va de octubre-noviembre a marzo

acuerdo con ensayos previos, los lavados para

4 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

cada muestra se ajustaron a 2 litros de agua.

su cuantificación. Las cajas se incubaron a 25

Una vez finalizado el lavado, del tamiz con

ºC y se revisaron a los tres días para iniciar con

menor abertura se transfirieron las partículas a

la detección de las colonias emergentes. Las

cajas de Petri estériles con papel filtro para

colonias se cuantificaron y se resembraron en

eliminar el exceso de agua. Posteriormente para

tubos con medio de cultivo papa dextrosa agar

cada muestra procesada bajo condiciones

(PDA) para su preservación. Previo a la

asépticas se sembraron 50 partículas (5

identificación, cada una de las colonias se

partículas por placa) en placas de Petri con

trasfirieron a placas Petri en extracto de malta

medio de cultivo Dicloran rosa de Bengala,

agar (EMA), avena-agar, maíz-agar y se

cloranfenicol, agar (DRBC) el cual contiene

incubaron a 25 ºC durante 5 días; estos medios

antibiótico y rosa de bengala lo que reduce el

son útiles para su propagación, diferenciación y

crecimiento de las colonias fúngicas y facilita

para promover su esporulación.

Figura 1. Ubicación de los sitios de estudio. Monocultivo bajo sol (SOL), Monocultivo con sombra especializada (MSE), Policultivo simple (PS), Policultivo diverso (PD) y Cafetal rústico (CR). 5 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Tabla 1. Información de los sitios de estudio. Precipitación, ubicación, especies arbóreas dominantes, manejo agrícola, índice de estructura biofísica de la vegetación (IEB) e índice de manejo (IM). Los datos de la estructura de las especies arbóreas dominantes y la estructura de la vegetación fueron tomados de Williams-Linera y López [23]. Los datos del manejo agrícola de Contreras y Hernández [24] y la información de IEB y el IM de Hernández Martínez [25].

Sitios de estudio (clave)

Precipitación media (mm) secas/lluvias

Latitud N y Longitud W

Monocultivo bajo sol (SOL)

309.2 1554.0

19°22´53´´ 96°59´17´´

Monocultivo con sombra especializada (MSE)

275.9 1176.2

19°12´22´´ 96°53´4´´

Policultivo sencillo (PS)

304.02 1499.3

Policultivo diverso (PD)

Cafetal rústico (CR)

Especies arbóreas dominantes

Estructura de la vegetación

Manejo agrícola

IEB

No tiene árboles de sombra.

Sin fertilización y el control de malezas con herbicidas y manual.

-0.06

0.34

Inga vera y Erythrina poeppigiana

13 especies de árboles ≥ 5 cm DAP.

Fertilización con agroquímicos y abonos naturales; control de malezas con herbicidas y manual

0.27

0.58

19°27´59´´ 96°56´3´´

Inga jinicuil, Inga vera, Citrus spp.

17 especies de árboles ≥ 5 cm DAP.

Fertilización con agroquímicos y control de malezas con herbicidas

0.58

0.32

298.2 1477.8

19°25´56´´ 96°57´50´´

Citrus spp., Inga vera, Trema micrantha y Musa sp.

29 especies de árboles ≥ 5 cm DAP.

Fertilización con compostas y agroquímicos; control de malezas manual y control de plagas con agroquímicos y control biológico

0.51

1.0

365.9 1794

19°12´57´´ 96°53´7´´

Quercus sartorii, Inga sp., Citrus spp. y Tapirira mexicana

37 especies de árboles ≥ 5 cm DAP.

Control de malezas mediante el pastoreo de borregos y de modo manual.

0.61

0.0

6 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Posteriormente para la descripción y medición

en cada especie. Dominancia (D): mediante el

microscópica de las estructuras necesarias para

Índice de dominancia de Simpson (D), el cual

su identificación se realizaron microcultivos en

pondera las especies dominantes en la

EMA 2% y preparaciones permanentes en

comunidad, es decir, aquellas que cuentan con

alcohol polivinil (2%). La identificación

más individuos. La fórmula es: D = S pi2 i=1

taxonómica se realizó con la ayuda de claves

donde pi es la abundancia proporcional de la i

taxonómicas y bibliografía especializada para

especie dada por pi= ni/N i= 1,2,3,…s.

el género Trichoderma [2, 27, 28, 29, 30, 31].

Equitatividad (E): mediante

el Índice de

equitatividad (E) el cual se refiere a que tan uniformemente Análisis de datos

los

siguientes

el programa Past [33], a los datos de abundancia se les realizó una transformación a log debido a

riqueza específica, se define como el número de

especies

los

Los índices ecológicos se obtuvieron mediante

parámetros

ecológicos: Riqueza de especies (S): o Índice de

total

distribuidos

individuos entre las especies.

Para la evaluación de cada finca, se tomaron en consideración

están

encontradas

que no cumplían con el supuesto de normalidad

una

y homogeneidad. Para evaluar diferencias en la

comunidad. Abundancia (A): es el número de

abundancia, riqueza y diversidad entre los sitios

colonias de una especie para cada uno de los

se realizaron análisis de varianza (ANOVA) de

sitios. Abundancia relativa (AR): se define

una vía mediante el programa Statistica [34].

como la proporción de individuos de la especie

Mediante un análisis de regresión lineal simple,

dada en la muestra en relación al número total

se investigó la relación de las variables

de individuos de cada sitio. Frecuencia (Fr): es

mencionadas con los datos de índice de

el número de veces en la cual una especie es

estructura biofísica de la vegetación, el índice

aislada entre el total de número de muestras en

de manejo de los cafetales [24] y las

un sitio. Diversidad (H´): mediante el Índice de

propiedades fisicoquímicas de los suelos [21].

diversidad de Shannon (H´), se calculó mediante la siguiente formula: H' = S (pi) (ln pi) donde: H' = Índice de diversidad y pi =

RESULTADOS

Proporción del total de la muestra perteneciente a las "i" especies, este índice requiere del

Composición de las especies en los sitios de estudio (abundancia relativa y frecuencia)

número de especies y el número de individuos

total

aislaron

colonias

Trichoderma, entre las cuales se distinguieron 7 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

morfoespecies.

sus

colectó exclusivamente en cafetales cuyo

macro

manejo incluye la aplicación de insumos de

microscópicas se identificaron ll a nivel de

agroquímicos (bajo sol, monocultivo de sombra

especie (Tabla 2). En la Figura 2 se ilustran

especializada, policultivo simple y policultivo

algunas de estas especies con sus características

diverso); T. pseudokoningi y T. atroviride se

distintivas.

detectaron en tres de los seis cafetales

Las especies más abundantes durante todo el

estudiados, con mayor abundancia en el cafetal

muestreo fueron T. oblongisporum y T. viride;

rústico; el resto de las especies de Trichoderma

esta última se aisló en todos los cafetales, con

detectadas estuvieron presentes en solo uno ó

una mayor abundancia en el policultivo diverso

dos tipos de cafetal.

características

acuerdo

morfológicas

(Tabla 2), la especie T. oblongisporum se

Tabla 2. Abundancias relativas (AR) y la frecuencia de aparición (Fr) de las especies de Trichoderma detectadas en los cafetales con diferente manejo y estructura de la vegetación. Monocultivo bajo sol (SOL), Monocultivo con sombra especializada (MSE), Policultivo simple (PS), Policultivo diverso (PD), Cafetal rústico (CR). * Especies previamente reportadas por Persiani y Maggi [15] en cafetales de esta zona. Especies

SOL

MSE

Trichoderma atroviride P. Karst.

12.50

2.94

25.00

Trichoderma cremeum P. Chaverri and Samuels

36.84

14.71

Trichoderma harzianum* Rifai

7.14

5.88

Trichoderma koningi* Oudem.

21.43

2.94

Trichoderma lacteum Bissett

12.50

Trichoderma longipilis Bissett

7.14

2.94

Trichoderma oblongisporum Bissett

62.50

8.82

Trichoderma parceramosus Bissett

14.29

Trichoderma pseudokoningii Rifai

10.53

17.65

25.00

Trichoderma sp.

6.25

25.00

Trichoderma stricipile Bissett

7.14

Trichoderma viride Pers.

100

6.25

5.26

14.29

44.12

25.00

8 Artículo original

47.37 28.57

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Figura 2. Trichoderma atroviride 1-2; T. cremea 3-4; T. harzianum 5-7; T. koningi 8-9; T. pseudokoningi 10-11; T. striciptilis 12-13; T. viride 14-15. Fotos microscópicas tomadas en 100x.

9 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Abundancia, riqueza y diversidad de las especies de Trichoderma en los diferentes cafetales La mayor abundancia de colonias se detectó en

entre los sitios de estudio (Tabla 4). Los monocultivos

bajo

sol

especializada además de exhibir una baja riqueza y diversidad de especies, tuvieron los

el policultivo diverso y la menor en el cafetal

valores más bajos de equitatividad y por lo tanto

rústico; de igual forma la mayor riqueza de

los valores mayores de dominancia en

especie se encontró en el policultivo diverso y

comparación con el resto de los cafetales; por

la menor en el monocultivo con sombra

su parte en el cafetal rústico a pesar de tener una

especializada. Con respecto a la diversidad, el

baja riqueza de especies, abundancia y

mayor valor de H´ se registró en el policultivo

diversidad, su índice de dominancia fue menor

simple y los menores en los monocultivos con

y presentó una equitatividad igual a 1(Tabla 3).

sol y con sombra especializada (Tabla 3), sin que se obtuvieran diferencias significativas

Tabla 3. Resultados de la **Riqueza específica (S), *abundancia (A), **índice de diversidad de Shannon-Wiener (H´), **índice de dominancia (S) e **índice de equitatividad (E) del género Trichoderma en cafetales con diferente tipo de manejo y estructura vegetal Monocultivo bajo sol (SOL), Monocultivo con sombra especializada (MSE), Policultivo simple (PS), Policultivo diverso (PD) y Cafetal rústico (CR). SOL

MSE

Riqueza (S)

Abundancia (A)

1.16

1.114

1.81

1.641

1.386

Dominancia (S)

0.4297

0.374

0.1837

0.2612

0.25

Equitatividad (E)

0.7209

0.8034

0.9299

0.7892

1.00

Diversidad H´

sombra

*Datos promedios a partir de 10 replicas, **a partir de 5 replicas

10 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Tabla 4. Análisis de varianza de la riqueza, diversidad y la abundancia de especies de Trichoderma en los cinco cafetales Variable

Fuente

G.L

sitio

9.2

2.3

1.49

0.24

error

30.8

1.54

sitio

0.63

0.15

0.61

0.65

error

5.13

0.25

Log

sitio

0.61

0.15

1.57

0.19

(Abundancia de colonias)

error

4.36

0.09

de variación Riqueza (S)

Diversidad (H´)

G.L= grados de libertad, SS= suma de cuadrados, MS=cuadrado de medias, F=valor de F, P=probabilidad menor a 0.05 Regresiones lineales de la riqueza específica, abundancia y diversidad del género Trichoderma con el manejo, estructura y características fisicoquímicas del suelo de los cafetales Por medio de un análisis de regresión lineal

relación de las propiedades fisicoquímicas de

simple se observó que el índice de manejo de

Trichoderma; en sitios con mayor cantidad de

las fincas de café (Tabla 4) tiene una influencia

fósforo disponible fue mayor la riqueza de

significativa y positiva sobre la abundancia de

especies. En los dos policutivos (simple y

los suelos (Tabla 5) con las variables (abundancia, riqueza y diversidad), solamente el contenido de fósforo mostró una influencia significativamente positiva sobre la riqueza de

colonias de Trichoderma (R = 98.1%, F=

diverso) cuyo contenido de fósforo disponible

161.7, p= 0.001); la finca de policultivo

fue mayor que en el resto de los cafetales, se

diverso, con índice de manejo igual a 1 (del

detectó la mayor riqueza de especies de

rango 0-1), tuvo la mayor abundancia de

Trichoderma;

por

otro

colonias de Trichoderma; y la finca rústica, con

monocultivos

(bajo

sol

IM=0, por el contrario, exhibió el menor

especializada) donde el fósforo disponible es

número de colonias (Figura 3a). Respecto a

menor, la riqueza fue menor (Figura 3b).

11 Artículo original

lado, y

con

los

sombra

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Tabla 5. Propiedades fisicoquímicas del suelo de los cafetales con diferente tipo de manejo y estructura de la vegetación. Datos tomados de Geissert e Ibañez [22]. Monocultivo bajo sol (SOL), Monocultivo con sombra especializada (MSE), Policultivo simple (PS), Policultivo diverso (PD) y Cafetal rústico (CR). Sitios

Porosidad

M.O.

C/N

(%)

(g/kg)

SOL

56.8

54.4

8.2

MSE

59.2

59.8

54.1

PD CR

P disp.

Ret. P

(mg/kg)

(%)

4.6

0.7

79.7

1.26

3.35

1.22

9.0

5.1

0.2

62.5

0.42

6.87

1.19

51.0

9.7

4.5

6.0

57.8

0.57

3.61

0.54

54.4

61.0

10.7

4.8

9.1

53.8

0.56

5.98

0.77

59.2

69.2

12.0

5.2

1.8

62.1

0.61

5.79

2.2

M.O.: materia orgánica, C/N: relación carbono nitrógeno, P disp.: fósforo disponible, Ret. P: retención de fósforo, K: potasio, Ca: calcio y Mg: magnesio

Figura 3. Regresión lineal de la abundancia (a) de colonias de Trichoderma y el índice de manejo de las fincas de café y de la riqueza (b) de especies de Trichoderma con el contenido de fósforo de las fincas de café. Monocultivo bajo sol (SOL), Monocultivo con sombra especializada (MSE), Policultivo simple (PS), Policultivo diverso (PD), Cafetal rústico (CR)

12 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

en cafetales, y T. viride y T. oblongisporum

DISCUSIÓN

fueron las dominantes. La especie T. viride es

En este trabajo evaluamos la abundancia de

de gran importancia en los cafetales, ya que

colonias, la riqueza y diversidad de especies del

existen estudios que demuestran que además de

género Trichoderma aisladas de fincas de café

tener la capacidad de acelerar la germinación de

con diferente tipo de manejo y estructura de la

posturas de café [35, 36], es efectiva en el

vegetación en la región del centro del estado de

control de las poblaciones del fitopatógeno

Veracruz, México, con el objetivo de conocer si

Rhizoctonia solani causante de la enfermedad

la comunidad de las especies del género

por ahogamiento o “damping off” en semilleros

Trichoderma sufren cambios por la estructura

de cafetos [37, 38, 36]. Por otro lado, T.

biofísica de la vegetación y el manejo de los

harzianum ha sido reportado como promotor

cafetales. Las diferentes técnicas empleadas

del crecimiento vegetal en diversos cultivos

para el estudio de los hongos saprobios pueden

incluyendo el café [39, 40], debido a que

revelar panoramas muy diferentes, en el caso de

produce

la técnica de lavados seriados de las partículas

provienen

principalmente

y de esta forma acelerando el desarrollo de las plantas.

hongos, por lo que las especies detectadas en pueden

considerarse

como

de la planta, acelerando su reproducción celular

de suelo [25], que es la forma activa de los

trabajo

actúan

meristemáticos primarios en las partes jóvenes

fragmentos de hifas asociadas a las partículas

este

que

catalizadores o aceleradores de los tejidos

utilizada en el presente estudio, las especies recuperadas

sustancias

Existen muy pocos estudios sobre la riqueza de

como

componentes activos de la micobiota de los

las

especies

Trichoderma

suelos de los cafetales.

agroecosistemas cafetaleros, para este trabajo se reportan 12 especies diferentes, superior a lo

De 438 especies de Trichoderma descritas a

encontrado por Pearsiani y Maggi [15] quienes

nivel mundial [1], 30 han sido registradas

obtuvieron 6 especies y Okoth et al., [18]

asociadas a plantas de café; siendo las especies

señalan 4 especies para un cafetal de Kenia, sin

T. harzianum, T. hamatum, T. koningi, T.

embargo, fueron inferiores a las aisladas por

longibrochiatum y T. viride las que se han

Belayneh-Mulaw et al., [19] quienes registraron

aislado con mayor frecuencia [19]. En este

29 especies asociadas a la rizosfera de Coffea

estudio, se reportan 12 especies diferentes, 4 de

arabica. Los resultados aquí expuestos de la

las cuales T. atroviride, T. harzianum, T.

diversidad resultan por debajo del calculado por

koningii y T. viride ya habían sido registradas 13

Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

Belayneh-Mulaw et al., [19] en Etiopia (2.47

biodiversidad, sin embrago, la biodiversidad no

versus 1.81), por lo que consideramos que se

depende únicamente de la riqueza, sino también

necesitan estudios a largo plazo e incluir

de la dominancia de cada una de ellas; en

cafetales de todas las variantes de tipo de

general, las especies se distribuyen según

manejo y aumentar el número de muestreos

jerarquías

para mostrar un panorama más amplio de la

abundantes hasta muy raras. Cuanto mayor es

diversidad de Trichoderma en los cafetales de

el grado de dominancia de ciertas especies y de

la región.

rareza de las demás, menor es la biodiversidad

La abundancia, riqueza y diversidad de

Trichoderma fue parecida entre los diferentes

empobrecimiento de la diversidad biológica es

tipos de cafetales, la alta heterogeneidad de

indispensable la realización de inventarios

cada uno de los sitios dio como resultado

biológicos

desviaciones estándar muy amplias y por

biodiversidad y la distribución geográfica de

consiguiente un traslape entre ellas, por lo que

cada grupo biológico, en especial los menos

podemos concluir que la estructura vegetal y el

conocidos.

manejo de los cafetales no tienen un impacto

El índice de manejo que reciben los cafetales se

significativo en la riqueza de especies,

relacionó de manera determinante sobre la

abundancia y diversidad de este género. A pesar

abundancia del género Trichoderma, la mayor

de ello, es claro que los monocultivos

cantidad de colonias de Trichoderma se aisló en

mantienen una baja riqueza y diversidad de

los cafetales que reciben una mayor cantidad de

especies, así como una alta dominancia y una

agroquímicos, como es el caso de los

baja equitatividad. Los policultivos si bien

policultivos, lo que probablemente se deba a

tienen una alta riqueza y diversidad hay una

que el tratamiento a base de químicos podría

dominancia muy alta; no obstante, en el cafetal

estar eliminando especies más sensibles y

rústico a pesar de tener una baja riqueza y

favorecer un nicho en el suelo [41] a las

diversidad de especies, la dominancia de las

especies de Trichoderma que tienen una mayor

especies es muy baja y existe una distribución

tolerancia a los pesticidas y una mayor

uniforme de las mismas. Para términos de

capacidad de colonización. Estos resultados

conservación de la biodiversidad, el número de

concuerdan con los estudios de Elmoholt y

especies es una de las variables que más

Labovriau [42], Bourguing, [43], por el

frecuentemente se utilizan para medir la

contrario, Bulluck et al. [44], Okoth et al., [18] 14

Artículo original

abundancia,

comunidad.

que

Ante

representen

desde

muy

actual

mejor

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

encontraron un mayor número de propágulos de

suelos de la riqueza de especies de este género.

Trichoderma en suelos que reciben menos

Considerando que los cafetales de la región son

agroquímicos.

pobres en fósforo disponible, este grupo de

Okoth et al., [18, 17] mencionan que el tipo de

hongos cobran aun mayor importancia para

suelo es determinante de la distribución y

realizar estudios que ayuden a enfrentar el

ocurrencia de Trichoderma; para este estudio,

problema de la falta de fósforo en estos suelos.

se detectó una estrecha relación del contenido

La capacidad de los microorganismos para

de fósforo del suelo con la riqueza de especies

promover el crecimiento de las plantas a

que

menudo está relacionada con la mejora de la

demuestran que los integrantes del género

nutrición mineral de la planta [48, 49]. Dado

Trichoderma además de nutrirse de exudados

que los elementos nitrógeno, fósforo y el hierro

de las raíces y de los deshechos que se

se encuentran entre

producen, excretan enzimas y otros compuestos

limitantes

que

microorganismos

Trichoderma,

les

permiten

existen

estudios

solubilizar

diferentes

los nutrientes más

para las plantas, fijadores

uso

nutrientes, entre ellos el fósforo [45, 6, 46, 47].

solubilizantes de fósforo representan una

En los policultivos donde el contenido de

alternativa para reducir la dependencia de los

fósforo fue mayor, la riqueza de especies

fertilizantes químicos [50, 51, 52].

también fue mayor, en este sitio crecieron cinco

En este contexto, cada vez existen más estudios

especies de manera exclusiva.

sobre el potencial que tienen las bacterias y los hongos en la promoción del crecimiento de las plantas y/o habilidades de control biológico de

CONCLUSIÓN

las plagas y enfermedades del café [53, 54, 55,

En conclusión, los resultados indican que la

56] con el fin de mejorar la sostenibilidad de la

estructura vegetal y el manejo asociada de los

producción de café y favorecer la venta del

sistemas cafetaleros del centro del estado de

producto en un mercado orgánico internacional

Veracruz, no tienen un impacto significativo en

con mejores ganancias para el agricultor.

la riqueza, diversidad y abundancia de especies del género Trichoderma. Sin embargo, la intensidad de manejo agrícola es un factor

CONFLICTO DE INTERESES

determinante de la abundancia de colonias de

Los autores declaran no tener conflictos de

Trichoderma y el contenido de fósforo de los

intereses.

15 Artículo original

AyTBUAP 7(25):1-20 Arias Mota & Heredia Abarca, 2022

de hongos solubilizadores de fosfatos de la AGRADECIMIENTOS

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AyTBUAP 7(25):21-35 Rudiño-Piñera et al., 2022 http://doi.org/10.5281/zenodo.5885737 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.07.25.02

El Protein Data Bank (PDB) y su impacto en la investigación científica Enrique Rudiño-Piñera1 iD, Verónica Quintero-Hernández iD, Victor Rivelino Juárez-González* iD. 1

Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Av. Universidad 2001, Col. Chamilpa, Cuernavaca, Morelos 62210 México. 2 CONACYT-Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Puebla, México. *Email autor corresponsal: *victor.juarez@ibt.unam.mx Recibido: 19 octubre 2021. Aceptado: 10 diciembre 2021 RESUMEN El Protein Data Bank (banco de datos de proteínas), abreviado como PDB, es el banco de información estructural de proteínas a nivel atómico, donde están depositadas todas las estructuras tridimensionales de las macromoléculas biológicas determinadas por la comunidad científica mundial y que incluye a proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos. Su uso es libre y hasta noviembre del 2021 tiene 184,202 estructuras depositadas. La mayor parte de la información tridimensional con la que cuenta el PDB con respecto a las biomoléculas es la referente a proteínas con 158,644 estructuras depositadas y la técnica más utilizada para la determinación de las estructuras es la difracción de rayos X con 161,144 estructuras depositadas. En este año, el PDB cumple 50 años y la información que nos proporciona ha revolucionado la visión que teníamos sobre los procesos biológicos a nivel atómico. El PDB es una enorme base de datos de estructuras y una fuente de información importante sobre diversas macromoléculas, las cuales pueden ser analizadas por una diversidad de profesionales como: cristalógrafos, químicos, biólogos, bioquímicos, microbiólogos, médicos, farmacéuticos, entre otros. El conocer la estructura de una macromolécula de interés puede ayudar a entender una gran cantidad de procesos químicos, biológicos y enfermedades, ya que entender a detalle atómico la alteración química y estructural de una macromolécula permite descifrar los mecanismos que participan en el proceso químico o biológico de estudio o en una enfermedad y el daño en el organismo; además se puede realizar el diseño de fármacos para su tratamiento. Palabras clave: PDB; Difracción de rayos X; RMN; Criomicroscopía electrónica. 21 Artículo de revisión

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ABSTRACT The Protein Data Bank, abbreviated as PDB, is the structural information bank of proteins at the atomic level, where all the three-dimensional structures of biological macromolecules determined by the world scientific community are deposited and which includes proteins, nucleic acids, carbohydrates, and lipids. Its use is free, and until november 2021 it has 184,202 structures deposited. Most of the threedimensional information that the PDB has with respect to biomolecules refers to proteins with 158,644 structures deposited and the most used technique for the determination of structures is X-ray diffraction with 161,144 structures deposited. In this year, the PDB celebrates 50 years, and the information it provides us has revolutionized the vision we had about biological processes at the atomic level. The Protein Data Bank is a very large database of structures and is also a source of much important information on various macromolecules, which can be analyzed by a variety of professionals such as: crystallographers, chemists, biologists, biochemists, microbiologists, doctors, pharmacists, among others. Knowing the structure of a macromolecule of interest can help to understand a large number of chemical and biological processes and diseases, since understanding in atomic detail the chemical and structural alteration of a macromolecule allow us to decipher mechanisms that participate in the chemical or biological process or the one that cause disease and damage in the organism; In addition, the design of drugs for its treatment can be carried out. Keywords: PDB; X-ray diffraction; NMR; Electronic cryomicroscopy. INTRODUCCIÓN

understanding-pdb-data/introduction. Esta enorme fuente de información estructural tuvo sus orígenes en el año de 1971, año en el cual contaba con solo siete estructuras depositadas, entre las cuales se encontraba la Mioglobina (código PDB:1MBN) [3]. Desde ese entonces hasta noviembre de 2021 ha tenido un crecimiento enorme ya que ahora cuenta con 184,202 estructuras depositadas (Figura 1,

El PDB es el banco de información estructural de proteínas a nivel atómico, donde están depositadas todas las estructuras tridimensionales (3D) de las macromoléculas biológicas determinadas por la comunidad científica mundial (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos) [1,2]. Su uso es libre y las direcciones web de acceso, incluyendo una

https://www.rcsb.org/stats/growth/growthreleased-structures). Justo este año, el PDB se viste de manteles largos ya que cumple 50 años, medio siglo, en que ha revolucionado la visión que teníamos sobre los procesos biológicos a nivel atómico (Figura 2). La determinación de

que da información para comprender la trascendencia del PDB, son: www.pdb.org (wwPDB: Worldwide Protein Data Bank y RCSB PDB: Homepage) y https://pdb101.rcsb.org/learn/guide-to22

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estructura

tridimensional

una

macromolécula en solución causando cambios

macromolécula, a nivel atómico, se genera con poderosas técnicas desarrolladas por muchos científicos como son: la difracción de rayos X sobre cristales de proteína, utilizando la energía de los rayos X de alta brillantez (fotones/segundo/mm2) para difractar cristales proteicos que contienen aproximadamente 1X109-1X1010 moléculas de proteína, con un arreglo periódico y ordenado dentro del cristal [4–6]; la resonancia magnética nuclear o RMN que usa la información procedente de los núcleos de todos los átomos y los somete a campos magnéticos en los que se encuentra la

en el espín nuclear [7,8]; la criomicroscopía electrónica, que es capaz de generar imágenes o fotografías a detalle atómico de las macromoléculas, gracias a sus poderosos detectores, procesos de superposición de imágenes y la interacción de las muestras con un haz de electrones, mejorando la resolución de las macromoléculas enfriándolas a temperaturas bajo cero [9,10]. Adicionalmente, existen otras aproximaciones que combinan a las tres técnicas descritas y que permiten conocer las estructuras de macromoléculas difíciles de determinar.

Figura 1. Estadística de las estructuras de macromoléculas depositadas en el PDB por año (1976-2021) determinadas por cualquier técnica. Las barras de color azul claro indican el número total de las estructuras depositadas por año y las barras de azul marino indican los nuevos depósitos de cada año. Imagen tomada de https://www.rcsb.org/stats/growth/growth-released-structures.

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Figura 2. Imagen conmemorativa de la celebración de los 50 años del PDB o banco de datos de proteínas de 1971-2021. Figura tomada de https://cdn.rcsb.org/wwpdb/docs/pdb50yrs2021/PDB50long.png

Analizando el PDB en este año, se observa que la mayor parte de la información tridimensional con la que contamos con respecto a las biomoléculas, es la referente a proteínas. Salta a la vista que la difracción de rayos X es la técnica más empleada para hacer estas descripciones con 161,144 depósitos (Figura 3,

protein), en segunda posición aparecen los complejos de proteínas con los ácidos nucleicos con 9,823 depósitos (https://www.rcsb.org/stats/growth/growthprotein-na-complex), en tercera posición aparecen las estructuras del DNA con 2,118 depósitos

https://www.rcsb.org/stats/growth/growthxray), la segunda técnica utilizada es la RMN con 13,545 depósitos (https://www.rcsb.org/stats/growth/growthnmr), aunque la criomicroscopía electrónica tomará este lugar en los próximos años con 9,210 depósitos (https://www.rcsb.org/stats/growth/growthem); mientras que los métodos múltiples, o métodos combinados, tienen 194 depósitos

(https://www.rcsb.org/stats/growth/growthdna) y en cuarta posición quedan las estructuras del RNA con 1,571 depósitos (https://www.rcsb.org/stats/growth/growthrna). Existe una riqueza de información estructural contenida en el PDB, y cualquier persona con acceso a una computadora y a internet tiene acceso libre. Es importante visualizar y analizar las estructuras de estas biomoléculas, pues con

(https://www.rcsb.org/stats/growth/growthmulti-method). Como se mencionó anteriormente, si analizamos el número de estructuras más abundantes en el PDB se observa que corresponde a las proteínas con 160,861 depósitos (https://www.rcsb.org/stats/growth/growth-

ello se puede obtener información muy valiosa que toma mayor relevancia cuando te haces una pregunta biológica, química o médica, entre otras. Considerando que el PDB ésta alimentado en su mayoría por estudios estructurales que provienen, como lo mencionamos arriba, de la difracción de rayos 24

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X, la RMN y la criomicroscopía electrónica,

cual partieron [12,13]. Eventualmente, estas

tomaremos 3 ejemplos de este universo de estructuras, para ver más detalles de la información estructural contenida en el PDB.

nuevas mutantes serán introducidas en bacterias para ver la localización y migración de otras proteínas de interés científico en las bacterias. De hecho, en el año 2008, se entregó el premio Nobel de química a tres investigadores: Osamu Shimomura [5], Martin Chalfie [14] y Roger Tsien [15], por sus importantes descubrimientos sobre la proteína GFP, la cual tiene la importante propiedad de generar luz verde de manera natural. Esta propiedad permitió el avance de manera exponencial en distintas áreas de investigación como la biología, microscopía, medicina, etc. La proteína GFP, en conjunto con otros marcadores o proteínas de interés, ha permitido conocer, seguir y analizar muchos procesos biológicos [16–18].

Determinación de una estructura de proteína mediante difracción de rayos X El primer ejemplo se centra en el hecho de que durante varios años diversos grupos hemos estado trabajando en la resolución de la estructura tridimensional, por medio de la difracción de rayos X, de mutantes generadas en la proteína verde fluorescente o GFP (green fluorescent protein) aislada de la medusa Aequorea victoria [11], con la idea de explicar estructuralmente porque las mutantes de GFP generadas por evolución dirigida son más fluorescentes, estables o tienen mayor expresión, que la proteína GFP original de la

Figura 3. Estadística de las estructuras de todas las macromoléculas depositadas en el PDB por año (1976-2021), por Difracción de rayos X, las barras de color azul claro es el total de estructuras depositadas y las barras de azul marino son los depósitos nuevos de cada año. Imagen tomada de https://www.rcsb.org/stats/growth/growth-xray. 25 Artículo de revisión

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En 1996, Roger Tsien, fue capaz de develar la

este aumento de resolución se debe a que tan

estructura tridimensional de la GFP a una resolución de 1.9 Å (Armstrong), por medio de la cristalografía y difracción de los rayos X, observando a esta resolución un mayor detalle de los átomos que constituyen los aminoácidos de su estructura. Los cristalógrafos son científicos expertos en la resolución de la estructura tridimensional de las macromoléculas, utilizan los rayos X sobre los cristales de proteína y se requiere obtener una alta resolución de la estructura para conocerla a mayor detalle. Haciendo una analogía de esto: es como si observáramos al volcán Popocatépetl desde Puebla, Cuernavaca, o la Ciudad de México; a esa distancia solo se ve la forma piramidal del volcán y si tiene o no nieve, dependiendo de las estaciones del año, o si presenta o no fumarolas, pero no podemos ver más detalle debido a la distancia en que nos encontramos, pero si nos acercamos al volcán y estamos a un lado de él o en las faldas del mismo, podremos ver el tipo, el tamaño y los colores de las rocas y si lo subimos podemos ver el cráter, sus dimensiones, los minerales que lo forman y el lugar de donde salen las fumarolas, por lo tanto, podemos ver más detalle del volcán, e incluso sentir el calor que emite. Siguiendo la analogía, un cristalógrafo

exitoso fue el científico para tener cristales cada vez más ordenados). De esta manera Roger Tsien fue capaz de encontrar que la estructura tridimensional de la GFP [19], está formada por un barril de 11 hebras beta antiparalelas conectadas entre ellas, arriba y abajo, por asas o loops, en el centro del barril hay una alfahélice, y en ella, se encuentra un cromóforo formado por tres aminoácidos S(serina)Y(tirosina)-G(glicina) en las posiciones 65-67 respectivamente (Figura 4). El cromóforo es la molécula responsable de absorber luz a una longitud de onda determinada y de emitirla en otra, es decir absorbe luz azul y produce luz verde, la característica más importante de estas proteínas y la razón por la que se estudian con tanto detalle (Figura 5). Si exploramos al banco de datos estructurales para poder revisar la información al respecto de la estructura de la proteína verde fluorescente, necesitamos conocer los 4 caracteres del código de PDB de la estructura de la GFP de la medusa Aequorea victoria: 1EMA [5], ese código y la siguiente liga https://www.rcsb.org/structure/1EMA nos dirigen a una ventana, la cual nos arroja información sobre las características estructurales y experimentales de la estructura

solo ve la superficie de la macromolécula cuando la resolución está entre valores de 3 a 10 Å, pero si el cristalógrafo aumenta la resolución en su cristal a valores de entre 2.0 y 1.4 Å puede ver más detalle, incluso detectar el cambio en nubes electrónicas o visualizar átomos de hidrógeno (si bien, en el laboratorio,

de la proteína verde fluorescente. Este es un ejemplo de lo que podemos encontrar como usuarios en una estructura determinada por difracción de rayos X, el conocimiento de la estructura tridimensional de la proteína verde fluorescente revolucionó muchas áreas de investigación a nivel mundial, ya que fue posi26

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Figura 4. Estructura de la proteína GFP código de PDB: 1EMA. A) Vista lateral y B) vista aérea, se muestran las 11 hebras Beta antiparalelas en color verde, en amarillo está la alfa hélice y el cromóforo está en color azul vistas en PyMOL. Figura realizada con la información de https://www.rcsb.org/structure/1EMA y modificada en PyMOL.

Figura 5. Estructura del cromóforo de la proteína GFP (código de PDB: 1EMA) obtenida del PDB de la sección de moléculas pequeñas. Figura tomada de https://www.rcsb.org/structure/1ema. ble ver muchos procesos biológicos en las células y avanzar en el entendimiento de los mismos.

Determinación de una estructura de proteína mediante resonancia magnética nuclear En el segundo ejemplo a analizar mencionaremos proteínas que desde hace 27

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mucho tiempo varios grupos mexicanos han

formato IgG [20] y hay otros en formatos scFv

estado trabajando con el fin de generar anticuerpos completos tipo IgG (150 kDa) [20,21], Fab (50 kDa) [22] y scFv [21] de última generación o fragmento variable de cadena sencilla (30 kDa) y usarlos con el fin de neutralizar algunos venenos de alacranes en México. Un modelo que destaca es el Centruroides noxius, endémico del estado de Nayarit y considerado el alacrán más peligroso para los humanos (Figura 6 A). Al caracterizar su veneno por diferentes tipos de cromatografías (técnicas usadas para la separación de las proteínas y otras moléculas en base a sus propiedades fisicoquímicas, bioquímicas, etc.), se sabe que la toxina más abundante (6.8 %) del veneno total de este alacrán y la responsable de la mayoría de los síntomas del envenenamiento es la toxina Cn2 [20]. Esta toxina presenta una dosis letal 50 (LD50) de 0.25 µg/20 g de peso de ratón hembra CD1 (es decir, que con esa dosis muere la mitad de los ratones inyectados). La estructura tridimensional de Cn2 fue determinada por RMN [23], demostrando la presencia de tres hebras beta antiparalelas y una alfa hélice, estabilizadas por 4 puentes disulfuro (Figura 6 B). Actualmente ya se conocen 7 diferentes anticuerpos que son capaces de neutralizar sus

humanos [24,25]. Con solo neutralizar a la toxina Cn2 es suficiente para contrarrestar el efecto de todo el veneno del alacrán Centruroides noxius, por lo cual se le conoce como un veneno simple (compuesto por 70 toxinas diferentes, sales y moléculas pequeñas, etc.). Debido a su efecto mortal, es muy importante neutralizar los venenos de alacranes peligrosos para los humanos y también neutralizar los venenos de otros organismos peligrosos, como pueden ser: serpientes, ranas, caracoles marinos, medusas, etc. Los antivenenos, por lo tanto, disminuyen el número de casos de intoxicaciones, y sobre todo, de defunciones. Si exploramos el código de PDB para la toxina Cn2 el cual es: 1CN2 [23] y el link https://www.rcsb.org/structure/1CN2, aparece una ventana que tiene información sobre 15 estructuras tridimensionales, características de su determinación por RMN, el peso molecular de la toxina y mucha más información sobre la caracterización de estas estructuras. Este es un ejemplo de lo que podemos encontrar como usuarios en una estructura determinada por RMN. Por lo anterior, la determinación de la estructura tridimensional de la toxina Cn2 del alacrán C. noxius ha proporcionado

efectos en un 99%, de los cuales los autores de este manuscrito hemos participado en la generación de 4 anticuerpos, uno en formato scFv de 30 kDa [21], 3 en formato Fab de 50 kDa [22], adicionalmente, ya se conocía uno en

información muy valiosa, como la identificación de la región de la toxina que es reconocida por los anticuerpos neutralizantes y esto permitirá obtener antivenenos más eficientes.

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Figura 6. A) El Centruroides noxius es el alacrán más peligroso en México, es de color negro rojizo, habita en Narayít. B) Estructura de la toxina Cn2 determinada por NMR (código de PDB:1CN2), en color azul se observan las tres hebras beta antiparalelas, una alfa hélice y los 4 puentes disulfuro, en color amarillo vistas en PyMOL. Imagen del alacrán tomada de https://enciclovida.mx/especies/88164centruroides-noxius. Figura de la toxina realizada con la información de https://www.rcsb.org/structure/1CN2 y modificada en PyMOL. Determinación de una estructura de proteína mediante criomicroscopía electrónica Como tercer ejemplo del universo de estructuras depositadas en el PDB, y recordando la pandemia en que nos encontramos, es muy importante conocer cómo podemos generar vacunas y con ellas anticuerpos que nos protejan de la infectividad del virus que ocasiona la enfermedad COVID19. El número de muertes provocadas por el SARS-CoV-2 el mundo es de 5.11 millones y

por personas infectadas con el virus. El SARSCoV-2 es un virus de RNA con nucleoproteínas en su interior, la cápsula está formada por una capa de lípidos, razón por la cual al lavarse adecuadamente con jabón o alcohol, la capa lipídica se desordena provocando que el virus se desarme, perdiendo toda función infectiva. Hay varias glicoproteínas (proteínas “adornadas” con azúcares), en la membrana viral entre las que destaca la proteína trimérica llamada spike o espícula [27]. Ahora sabemos que si esta proteína tiene la conformación abierta en su dominio de unión al receptor o RBD (dominio receptor obligatorio, del inglés: receptor binding domain; localizado entre los residuos 331-524) (Figura 8) [28], se inicia el mecanismo infectivo del virus. Así se reconoce al receptor de angiotensina 2 presente en las células humanas, para desencadenar la multipli-

en México es de 291,000, desde el primer reporte en Wuhan, China, hasta hoy (hasta el 17 de noviembre del 2021) [26]. Se sabe que las personas que tienen el virus lo pueden propagar con solo estornudar (el virus se transporta en las microgotas de saliva) (Figura 7), o puede estar en otras superficies que fueron contaminadas 29

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Figura 7. Pintura basada en evidencia experimental sobre el SARS-CoV2, el coronavirus (Lila) y las proteínas de la corona entre las que se encuentra la espícula o spike (rosa). Figura tomada de David S. Goodsell. RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-024.

Figura 8. A) Estructura tridimensional del monómero de la proteína de la espícula del SARS-Cov2 en su estado abierto en color fiusha y dominio RBD en color cian código de PDB (6VSB) vista lateral y B) vista aérea determinada por Crio-Microscopia electrónica vistas en PyMOL, en esta conformación el virus es muy infectivo. Figuras realizadas con la información de https://www.rcsb.org/structure/6VSB y modificadas en PyMOL. 30 Artículo de revisión

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cación de más virus que serán expulsados para

trascendencia del PDB mediante el análisis de

volver a iniciar el ciclo de virulencia en las células del enfermo, o en otros individuos. El uso de esta proteína espícula como inmunógeno para la generación de vacunas (Figura 9) [29], induce la producción de anticuerpos neutralizantes de la acción del virus SARSCoV-2 y potencialmente, el fin de la pandemia si alcanzamos tasas de vacunación altas en nuestras comunidades. Si revisamos los códigos del PDB: 6VXX y 6VSB, los cuales corresponden a estructuras de la espícula en su conformación cerrada [30] y abierta [28] determinadas ambas por criomicroscopía electrónica. Al ingresar el código 6VXX en el PDB aparece la información relacionada a la estructura tridimensional de la glicoproteína de la espícula del SARS-Cov-2 en su estado cerrado (Figura 9), además de más información acerca de la estructura en la siguiente liga https://www.rcsb.org/structure/6VXX. Si revisamos en el PDB el código de cuatro letras 6VSB encontraremos la estructura tridimensional de la conformación abierta del dominio RBD (Figura 8) y más información sobre las características de esta estructura en la siguiente liga https://www.rcsb.org/structure/6VSB. Estos son dos ejemplos de lo que podemos

tres interesantes ejemplos de estructuras determinadas por las técnicas de difracción de rayos X (Proteína GFP de la medusa Aequorea victoria), RMN (toxina Cn2 del alacrán C. noxius) y criomicroscopía electrónica (proteína de la espícula del coronavirus SARS-CoV-2) (Figura 10). En cada una de ellas se obtiene información muy valiosa para diferentes áreas de investigación. La integración de estas diferentes técnicas, permitirá entender mejor la biología estructural de las macromoléculas e incluso comprender y atender procesos que ahora no podemos.

encontrar como usuarios en dos estructuras determinadas por la criomicroscopía electrónica, teniendo contribuciones muy importantes sobre el entendimiento de la proteína espícula involucrada en la infección del virus SARS-Cov-2 sobre células humanas. Todo lo descrito en este artículo muestra la

como la salmonelosis, u otros padecimientos médicos más complejos como el Parkinson, el Alzheimer, o la diabetes, ya que conociendo a detalle atómico la alteración química y estructural de una macromolécula podemos descifrar los mecanismos que provocan la enfermedad y el daño en el organismo; además

CONCLUSIÓN El Protein Data Bank es una base de datos de estructuras muy grande y es a la vez fuente de mucha información importante sobre diversas macromoléculas, las cuales pueden ser analizadas por una diversidad de profesionales de diversas áreas como cristalógrafos, químicos, biólogos, bioquímicos, microbiólogos, médicos, y farmacéuticos. El conocer la estructura de una macromolécula de interés puede ayudar a entender una gran cantidad de enfermedades como las enfermedades respiratorias provocadas por diversos virus, las enfermedades intestinales

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Figura 9. A) Estructura tridimensional del monómero de la proteína de la espícula del SARS-CoV2 en su estado cerrado en color fiusha y dominio RBD en color cian código de PDB (6VXX) vista lateral y B) vista aérea determinada por Crio-Microscopia electrónica vistas en PyMOL, en esta conformación el virus no es infectivo. Figuras realizadas con la información de https://www.rcsb.org/structure/6VXX y modificadas en PyMOL.

Figura 10. Estructuras tridimensionales de los 3 ejemplos reportados en este artículo: A) GFP PDB (1EMA), determinada por Difracción de Rayos X, B) Toxina Cn2 PDB: (1CN2) determinada por NMR y proteína monomérica de la espícula en su estado abierto PDB (6VSB) determinada, por CrioMicroscopia electrónica. Visualizadas con PyMol. El número de aminoácidos de cada proteína se indica entre paréntesis. 32 Artículo de revisión

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se puede realizar el diseño de fármacos para su

2017;174–83.

tratamiento o incluso para la cura de algunos padecimientos. Este es el link para consultar y descargar el calendario del año 2021 que celebra el 50 aniversario del PDB: https://pdb101.rcsb.org/learn/flyers-postersand-other-resources/calendar/2021-calendarcelebrating-50-years-of-protein-data-bank

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CONFLICTO DE INTERESES Los autores declaran la ausencia de conflicto de

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interés.

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AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al Mtro. Juan Manuel Hurtado Ramírez por su asistencia técnica en computación.

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noxius

Hoffmann :

Primary

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Centruroides

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AyTBUAP 7(25):36-51 Rodríguez-Velázquez et al., 2022 http://doi.org/10.5281/zenodo.6326782 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.07.25.03

El cultivo del cacao, sus características y su asociación con microorganismos durante la fermentación Nadia Denisse Rodríguez-Velázquez1,2 iD, Belén Chávez-Ramírez2 iD, Irene Gómez de la Cruz1 iD, María-Soledad Vásquez-Murrieta1 iD, Paulina Estrada de los Santos1* iD 1

Laboratorio de Biotecnología Microbiana, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional. Prol. Carpio y Plan de Ayala s/n. Col. Santo Tomás. C.P. 11340. Ciudad de México, México. 2 Laboratorio de Fitopatología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional. Prol. Carpio y Plan de Ayala s/n. Col. Santo Tomás. C.P. 11340. Ciudad de México, México. *Email autor corresponsal: *pestradadelossantos@gmail.com Recibido: 12 diciembre 2021. Aceptado: 31 enero 2022 RESUMEN Theobroma cacao L. es un árbol del bosque tropical, se clasifica dentro de la familia Malvaceae originario del sur de América. El árbol se conoce comúnmente como cacao mientras que el término cocoa se refiere a los productos preparados con las semillas secas y fermentadas. El cacao es un “commodity” que representa la base de la economía de millones de pequeños productores en el mundo. En el año 2019, la producción a nivel mundial fue de 6,800 millones de dólares con más de 10 millones de toneladas obtenidas. En México, se produjeron 28,473 ton siendo Tabasco el mayor productor (18,331 ton), seguido de Chiapas con 9,857 ton y Guerrero con 285 ton. El cacao se clasifica en tres grupos genéticos: criollo, forastero y trinitario. El cacao criollo es el de mejor calidad, pero de mayor susceptibilidad a enfermedades. El cultivo de cacao requiere de condiciones de temperatura, humedad, suelo y sombra, determinadas para su crecimiento y producción. Para la fermentación de cacao, las semillas y la pulpa se colocan en tapetes cubiertos con hojas de plátano o en cajas de madera con drenaje. Los microorganismos involucrados principalmente en la fermentación incluyen levaduras, bacterias ácido lácticas y bacterias ácido acéticas. El proceso de fermentación es fundamental para la calidad de los productos. Esta revisión muestra las características del cacao, así como los microorganismos involucrados en su fermentación. Palabras clave: Cacao; cocoa, Theobroma cacao; fermentación del cacao. 36 Artículo de revisión

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ABSTRACT Theobroma cacao L. is a tree from the tropical rainforest. It is classified in the Malvacea family and was originated in the south of America. The tree is commonly known as cacao while cocoa refers to the products obtained from dried and fermented seeds. Cacao is a commodity which is the economic base for millions of small producers in the world. The production of cacao in the world in 2019 was valued in 6,800 million dollars, with more than 10 million of harvested tons. In Mexico, the production was 28,473 ton with Tabasco as the mayor producer (18,331 ton), followed by Chiapas with 9,857 ton and Guerrero with 285 ton. Cacao is classified in three genetic groups: criollo, forastero and trinitario. The criollo cacao has the best quality but it has the mayor susceptibility to diseases. The cacao tree requires special conditions of temperature, humidity, kind of soil and shade for its growth and production. To start the fermentation, the beans and pulp are removed from the pod and placed in heaps covered with banana leaves or in wooden boxes fitted with drainage holes. The main microorganisms involved in the fermentation are yeast, lactic acid bacteria and acetic acid bacteria. Cacao fermentation is fundamental to obtain products with quality. This review features the main cacao characteristics and the microorganisms involved in the fermentation. Keywords: Cacao; cocoa; Theobroma cacao; cacao fermentation. INTRODUCCIÓN Origen y domesticación del cacao

está dividido en veintidós especies de las cuales Theobroma cacao es la más conocida [5].

El cultivo de cacao se originó en América; se han propuesto diferentes centros de origen como Mesoamérica, América del Sur o una combinación del origen del cacao criollo en Mesoamérica y del cacao forastero en América del Sur [1]. No obstante, un estudio donde se analizó cacao de la mayoría de los países donde se cultiva esta planta, mostró que la mayor diversidad alélica proviene de la región alta del amazonas en Perú y Brasil [2].

El origen de la domesticación del cacao es un debate. El descubrimiento de residuos de teobromina (principal alcaloide en cacao) en utensilios preclásicos Mayas muestran el uso del cacao desde 1000 a 400 a.C. [6]. Análisis similares demostraron el uso del cacao por los Olmecas en México en 1800 a 1000 a.C. [7]. También, análisis bioquímicos, de espectrometría y moleculares de utensilios arqueológicos encontrados en la parte

Otros estudios corroboraron lo anterior, demostrando que la parte alta del amazonas en Perú, Ecuador y la región del amazonas compartida por Perú, Colombia y Brasil representan el centro de origen del cacao más probable [3,4]. Theobroma

alta del amazonas, en la frontera de Ecuador y Perú, revelaron que el cacao no solo se consumía en 3450 a 3300 a.C., sino que el centro de domesticación de este cultivo fue en la parte alta del amazonas en América del Sur, opuesto a los mencionado 37

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inicialmente sobre Mesoamérica [8]. Por lo tanto,

superficie de la mazorca es lisa o rugosa y de

las investigaciones apuntan a que tanto el centro de origen como el de domesticación de cacao sucedió en la misma región de la parte alta del amazonas en América del Sur.

color rojo a verde. El interior de la mazorca contiene semillas o almendras de tamaño variable (1.2 a 3 cm), cubiertas con un mucílago o pulpa de color blanco cremoso. Los tipos de cacao se clasifican tradicionalmente en tres grupos genéticos: criollo, forastero y trinitario (Figura 1) [12].

La importancia del cacao en las culturas prehispánicas es bien conocida, los granos se utilizaban como moneda o unidad de medida. Las bebidas alcohólicas y no alcohólicas producidas con el cacao se ofrecían a los altos mandos como

Criollo: El cacao criollo comprende árboles delgados. Los frutos son alargados y rojizos,

reyes o sacerdotes. El cacao también era utilizado en rituales religiosos como ofrenda [9].

típicamente presentan una cubierta delgada y esculturada y los granos tienen una calidad superior que el cacao forastero y trinitario. No obstante, el cacao criollo muestra bajos rendimientos y mayor susceptibilidad a plagas. Esta forma de cacao es originaria de Sudamérica, pero se domesticó en México y Centro América y se conoce como híbrido de cacao dulce. Algunos tipos de cacao criollo se cultivan en Venezuela, el Caribe, Papúa-Nueva Guinea, México y Colombia. El 5-10% de la producción mundial de cacao se origina de la forma criollo [10].

Características generales del cacao El árbol que da origen al cacao es T. cacao L., planta perenne tropical endémica de la región del Amazonas que pertenece a la familia Malvaceae [10]. Constituye una de las plantas de mayor cultivo y valor comercial en las regiones tropicales del mundo por ser su fruto base de procesamiento industrial para la obtención de diversos productos de confitería, de grasas en la industria de los cosméticos y de la medicina [11].

Forastero: Los frutos presentan forma amelonada, son de cáscara dura y leñosa, de superficie relativamente tersa y de granos aplanados [12], son verdes y los granos son de menor calidad que el cacao criollo. Se caracterizan por ser de mayor tolerancia a las enfermedades que el cacao

El cacao es una planta con una altura media de 6 m que puede alcanzar hasta 20 m. Las hojas son lustrosas hasta de 30 cm de longitud y su pigmentación varía desde un verde claro hasta un violeta oscuro. Las flores son pequeñas y rosas que se forman en el tronco y en las ramas más viejas (cauliflor). El cacao florece todo el año, pero existen variedades que solo lo hacen en cierta época. El fruto es una baya (mazorca) de tamaño que varía de 10 a 42 cm, de forma oblonga, elíptica, ovada, esférica u oblata. La

criollo. Esta variedad se originó en la parte alta de la cuenca del Amazonas en el área comprendida entre los ríos Napo, Putumayo y Caquetá. La mayoría del cacao que se cultiva en Brasil, África Occidental, América Central y el Caribe pertenece a este grupo. Con cerca del 80% de la producción mundial del cacao, es el grupo 38

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Figura 1. Distribución geográfica de las principales variedades de cacao; información basada en [1] y modificada.

comercialmente más importante. Tanto los granos de cacaos criollos como los forasteros tienen un alto nivel aromático y sabor, recibiendo la denominación de “cacaos aromáticos o finos” [10].

15% de la producción mundial. Se produce en Granada, Jamaica, Trinidad y Tobago, Colombia, Venezuela y América Central. Condiciones de cultivo El cultivo de cacao se concentra en las tierras bajas tropicales. La temperatura para su cultivo se valora como mínima de 22 °C y en su máxima de 28 °C. Se desarrolla mejor en altitudes de 5400 msnm y con precipitaciones de 1,500-2,500

Trinitario. Los frutos son alargados y verdes. Esta variedad se originó aparentemente cuando un genotipo criollo se cruzó naturalmente con un forastero de forma amelonado del Brasil. Por tal razón, estos materiales presentan características morfológicas y genéticas de ambas razas. Esta variedad surgió en Trinidad y Tobago. Presenta grano de tamaño mediano a grande y cotiledones de color castaño [10]. Es más resistente a las enfermedades y más productivo que el cacao criollo, pero de menor calidad [12]. El cacao trinitario ocupa del 10-

mm anuales [13]. Humedad: Una humedad relativa alta (aproximadamente del 50 al 70%) es una condición necesaria para el desarrollo del cacao y deseable especialmente cuando la humedad aprovechable en el suelo es insuficiente, ya que permite disminuir las pérdidas por 39

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transpiración.

Sin

embargo,

existen

no son buenos para el cultivo de cacao. Uno de

evidencias experimentales que demuestren que una humedad atmosférica menor pudiera ser perjudicial. En los lugares donde además se presentan periodos prolongados de neblina y nubosidad, los árboles son propensos al ataque de hongos [14]. En la mayoría de las regiones cacaoteras, la cantidad de lluvia excede la evapotranspiración, por lo que el agua se debe eliminar por otros medios. Si los suelos no tienen suficiente drenaje, la planta de cacao puede presentar algunos daños que reducen considerablemente su producción [10]. Por otro lado, este cultivo es extremadamente sensible a la falta de agua, ya que los estomas de las hojas se cierran aún con pequeños cambios en su contenido de agua. El cierre de los estomas induce una rápida disminución del poder fotosintético de las hojas y, por consiguiente, afecta la capacidad productiva de la planta [15]. Si la falta de agua es persistente, la muerte de los tejidos o “quema” sobreviene rápidamente, con la muerte y caída de las hojas [16].

los factores esenciales para el crecimiento de las raíces del cacao es una buena aeración, es decir, una renovación permanente del oxígeno del suelo [16]. El intercambio gaseoso se efectúa por medio de poros intercomunicados del suelo. Si estos poros están llenos o parcialmente llenos de agua, el intercambio gaseoso es nulo. En un suelo donde el agua no se evacúa rápidamente para dejar libres los poros, las plantas de cacao mueren. Cuando por condiciones excepcionales en una localidad la capa freática es bastante alta y el suelo superficial es rico en materia orgánica, el cacao puede crecer y producir satisfactoriamente si se da un buen crecimiento de raíces. Si hay cambios relativamente insignificantes en el régimen de humedad del suelo y desciende la capa freática, el sistema radicular se queda sin agua y el árbol se marchita y muere [16]. Manejo de sombra: Los árboles de sombra pueden ser un espacio para la conservación y manejo de la biodiversidad, sobre todo en la condición del sitio donde el hábitat natural se ha perturbado [18]. La ventaja del uso de sombra en el cultivo de cacao es que permite un mejor uso de los fertilizantes aplicados al cacao, ya que el fertilizante que se perdería por lixiviación es aprovechado por los árboles de sombrío, también estos árboles aportan materia orgánica al suelo mejorando sus propiedades físicas y las hojas que se caen al suelo liberan nutrientes [16]. La sombra protege a las hojas del cacao contra el efecto directo del sol, evita que se produzcan quemaduras, que provocarían

Suelo: Los mejores suelos para el cultivo de cacao comprenden desde suelos arcillosos agregados hasta franco-arenosos con pH entre 6-7 [14]. La distinción entre partículas de arena y arcilla no se basa solamente en el tamaño, ya que, además, las arcillas tienen la facilidad de absorber agua dentro de su estructura cristalina y de expandirse considerablemente cuando están húmedas, condición que no presentan ni la arena ni el limo [17]. Los suelos arenosos ordinarios (partículas mayores de 0.2 mm) aunque permiten un buen crecimiento de la raíz, 40

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que el viento las rompa y se arranquen con

diciembre. En 2019, la producción mundial

facilidad; también la sombra adecuada disminuye la incidencia de ciertas plagas y enfermedades como la mancha negra ocasionada por Phytophthora palmivora y la moniliasis ocasionada por Moniliophthora roreri [11]. Por otra parte, los árboles sombra ayudan a mantener un buen ambiente para la permeabilidad y la aireación del suelo, permitiendo un buen drenaje del agua y disminuyendo las inundaciones o encharcamientos en los cultivos y evitan también la erosión del suelo [10]. En México, algunos ejemplos de árboles que proporcionan sombra al cultivo de cacao son árboles frutales como el plátano (Musa sp. L.), mamey (Mammea americana L.), mango (Mangifera indica L.), naranja (Citrus sinensis L.), rambután (Nephelium lappaceum L.), aguacate (Persea americana Mill), mangostán (Garcinia mangostana L.), cedro (Cedrela odorata L.), otros como roble (Tabebuia pentaphylla L.), hule (Castilla elastica C.), palma de aceite (Elaeis guineensis Jacq.), colorín (Erythryina sp. L.), yaite o matarrón (Gliricida sepium (Jacq.) Kunth ex Walp., guachipilín (Diphysa americana Mill.), crotalaria (Crotalaria vitellina Ker Gawl. y samán (Pithecellobium sp. Mart.) [14,18].

total de cacao en grano alcanzó los 10 millones de toneladas [19], siendo África la región con mayor producción (73%) y un 64% de la superficie sembrada de cacao, mientras que América contribuye con el 17% de producción mundial y 17% área sembrada de cacao. Asia y Oceanía disminuyeron un 10% de la producción y el 19% de la superficie sembrada; la caída correspondió en gran medida a Indonesia, debido a las condiciones atmosféricas adversas y un brote de podredumbre negra del cacao [20]. La producción mexicana de cacao se valoró en 1074 millones de pesos entre 2012 y 2018; de ese flujo monetario, Tabasco aportó 68.2%, seguido de Chiapas con un 31.6% y Guerrero con 0.2% [21]. Composición química de Theobroma cacao El cacao contiene un alto contenido natural de sustancias fenólicas, estas desempeñan un papel dominante en el sabor y la calidad del grano, ya que son responsables del sabor amargo y la astringencia, pero también se relacionan con la respuesta ante el estrés debido a sus propiedades antioxidantes [22]. Los compuestos fenólicos se acumulan en el grano de cacao durante la fase de maduración, junto con otras sustancias y proteínas involucradas en el estrés ocasionado por factores bióticos y abióticos [23]. Las metilxantinas son alcaloides (teobromina y cafeína), los cuales tienen efectos estimulantes sobre el sistema nervioso central. Los valores reportados para el contenido de teobromina y cafeína en granos de cacao sin grasa son aproximadamente del 4 y el

Distribución y producción Theobroma cacao L. es una especie cauliflora con ciclos de producción superpuestos, la producción de frutos se da todo el año. Sin embargo, en México existen dos picos de producción: marzo-mayo y septiembre41

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0.2% del peso seco, respectivamente [24]. El

conducen a una degradación extensa de la

contenido de estos compuestos puede afectarse por el proceso de la fermentación o depende de la variedad de cacao [25]. Por otro lado, hay tres principales aldehídos presentes en el cacao, los cuales tienen un fuerte aroma a chocolate: 2metilpropanal, 2-metilbutanal y 3-metilbutanal [26]. También se encuentran otro tipo de compuestos relacionados en el proceso de fermentación de los granos de cacao que pueden ser ésteres (etil acetato, isoamil acetato y fenil etil acetato), cetonas (2-heptanona, 2pentanona, 2-nonanona, acetofenona y acetoina), pirazinas (tetrametilpirazina y trimetilpirazina), ácidos (ácido acético y láctico) y alcoholes (2,3-butanediol y 2fenetiletanol) [27,28].

semilla del cacao, produciendo péptidos y aminoácidos que son los precursores importantes del sabor [30]. Los carbohidratos principales en los granos secos de cacao fermentado son almidón (6%) y celulosa (9%). Los carbohidratos solubles incluyen glucosa, fructosa, sacarosa (0.081.5%), rafinosa y estaquiosa [27]. La sacarosa se hidroliza parcialmente durante la fermentación, proporcionando azúcares reductores precursores del desarrollo del aroma durante el tostado. Por otro lado, la fracción de fibra, aparte de contener celulosa, también tiene pentosas (1.5%), galactanos y polímeros de ácido galacturónico. Las fibras se concentran en las cáscaras de cacao [30].

En cuanto a los granos de cacao, estos contienen de un 50 a un 58% de grasas, de las

Fermentación del cacao

cuales el 97% son triacilglicéridos (TGA). Los TGA constan de 24.1 a 27.1% de ácido palmítico, 32.9 a 37.6% de ácido esteárico y 32.7 a 37.6% de ácido oleico y cantidades bajas de ácido linoleico 2.3 a 3.7% [29]. La composición de estos ácidos grasos depende de diferentes factores como la variedad de la semilla de cacao, la temporada de crecimiento y el método de cultivo [27].

El sabor final del chocolate está influenciado por diferentes aspectos, entre ellos la fermentación de los granos de cacao. Debido a que este proceso es generalmente llevado a cabo de una manera tradicional, resulta en una gran diversidad en los métodos de producción y en las características organolépticas del producto final. Es por ello que conocer el proceso y los microorganismos involucrados ayudan a obtener un producto de buena calidad [31].

En otro aspecto, las proteínas constituyen el 1015% del peso seco de los granos de cacao sin fermentar. Las proteínas más importantes son la albúmina, prolamina, globulina y gluteína [27]. Estas macromoléculas son la fracción de cacao que presentan la modificación más intensa en el proceso de fermentación, donde las reacciones

La fermentación del cacao es un proceso que incluye varias etapas. El primer paso es abrir las mazorcas y tomar las semillas y la pulpa. La pulpa de cacao es un medio rico para el crecimiento microbiano, consta de 82 a 87% de 42

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agua, 10 a 15% de azúcar, 2 a 3% de

anaeróbica de azúcares en etanol, fermentación

pentosanos, 1 a 3% de ácido cítrico y 1 a 1.5% de pectina [32]. El procesamiento primario de los granos de cacao se lleva a cabo a través de una fermentación espontánea y secado (Figura 2) [31]. El desarrollo del sabor implica la acción de varios microorganismos en la pulpa de cacao y la acción de las enzimas sobre los carbohidratos, proteínas y polifenoles en los granos de cacao [33]. Durante la fermentación del grano de cacao el papel de los microorganismos se limita a la eliminación de la pulpa que envuelve a los granos de cacao mediante la despolimerización de pectina por levaduras y a la producción de metabolitos indispensables, el cual engloba la fermentación

microaerofílica de azúcares y ácido cítrico en ácido láctico, ácido acético y manitol por bacterias del ácido lácticas (LAB) [31] y bioconversión exotérmica aeróbica de etanol en ácido acético por bacterias ácido acéticas (AAB) [34]. Estas actividades microbianas resultan en la muerte de la semilla debido a la penetración de etanol y ácido acético a través de la cáscara en los cotiledones, y una disminución del pH interno de 6.5 a 4.8, aumento de la temperatura del grano de cacao para el desarrollo de precursores del sabor y degradación del pigmento por enzimas endógenas, como invertasa, glicosidasas, proteasas y polifenol oxidasa [31].

Figura 2. Procesos de fermentación de los granos de cacao. A) Volteado de semillas de cacao; B) Mezcla homogénea de los granos de cacao; C) Secado de los granos de cacao y D) Secado de los granos de cacao de diferentes días.

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Diversidad

microbiana

asociada

levaduras principales que producen estos

fermentación del cacao Levaduras: Se ha demostrado que la diversidad microbiana de las fermentaciones del grano de cacao varía con la ubicación y los parámetros del proceso como la disponibilidad de nutrientes, la temperatura, el pH y la tensión de oxígeno [35]. Las levaduras proliferan en las primeras etapas de la fermentación y disminuye su desarrollo debido a una prolongada fermentación, al agotamiento de las fuentes de energía apropiadas, a la producción de etanol y su conversión en ácido acético y a un aumento de temperatura de hasta 50 °C, debido a reacciones de oxidación aeróbica (Figura 3) [34]. Las levaduras producen una gran variedad de compuestos aromáticos, principalmente alcoholes, ácidos grasos y ésteres de ácidos grasos. Se han estudiado individualmente cinco

compuestos volátiles (Kloeckera apiculata, Saccharomyces cerevisiae, S. cerevisiae var. chevalieri, Candida sp. y Kluyveromyces marxianus). Kloeckera apiculata y S. cerevisiae var. chevalieri fueron las especies principales productoras de compuestos volátiles tales como acetato de isopropilo, acetato de etilo, metanol, 1-propanol, alcohol isoamílico, 2-3 butanodiol, succinato de dietilo y 2-feniletanol [34]. Dentro de las levaduras que se encuentran en la primera etapa de la fermentación alcohólica son: Hanseniaspora guilliermondii o Hanseniaspora opuntiae, dominan generalmente la parte temprana de la fermentación, después están S. cerevisiae, K. marxianus, Pichia membranifaciens, Pichia kudriavzevii y algunas especies de Candida son dominantes con mayor frecuencia [34,36,37].

Figura 3. Proceso de fermentación en granos de cacao de las diferentes comunidades microbianas. a) Dinámica de las diferentes poblaciones de microorganismos relacionados al proceso de fermentación de los granos de cacao. b) Degradación del sustrato y cinética de producción de metabolitos de un proceso espontáneo de la fermentación del grano de cacao [34].

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Bacterias ácido lácticas (BAL): Las BAL se

al metabolismo de estos microorganismos. Se

asocian consistentemente con las fermentaciones de granos de cacao y generalmente crecen a poblaciones de 107 a 108 UFC/g durante las primeras 36 a 48 h del proceso [38]. Se considera que las BAL llevan a cabo principalmente tres actividades durante la fermentación de la semilla de cacao: 1) fermentan azúcares de la pulpa específicamente glucosa y fructosa, teniendo como productos ácido láctico y cantidades menores de etanol y ácido acético; 2) utilizan ácido cítrico de la pulpa para producir principalmente ácido láctico, ácido acético, acetaldehído, diacetilo, acetoína y 2,3-butanodiol; 3) algunas especies pueden reducir la fructosa de la pulpa a manitol [39]. En distintos estudios de biodiversidad se han encontrado como especies dominantes a Lactobacillus plantarum y Lactobacillus fermentum [31,40], seguidas de Fructobacillus pseudoficulneus [38], Lactococcus lactis subsp. lactis, Leuconostoc fallax, Lactobacillus mesenteroides [40], Weisella cibaria, Weisella fabaria, Enterococcus casseliflavus, Enterococcus saccharolyticus [37].

han encontrado concentraciones de un máximo de 6 g/L de ácido acético en la pulpa de cacao después de 88 h de fermentación [33]. En general, los miembros del género Acetobacter se han encontrado con mayor frecuencia que los de Gluconobacter. Las especies de Acetobacter que destacan son A. pasteurianus, A. ghanaensis, A. senegalensis [31,37] y de Gluconobacter es G.oxydans [37]. Bacterias aerobias formadoras de esporas: El aumento de la aireación, del valor de pH (3.5 a 5) de la pulpa de cacao y de la temperatura aproximadamente a 45 °C en la masa de cacao en las últimas etapas de la fermentación se asocian con el desarrollo de bacterias aerobias formadoras de esporas del género Bacillus [36,42]. Muchos Bacillus spp. son termotolerantes y otros crecen bien a temperaturas elevadas, por ejemplo B. stearothermophilus, B. coagulans y B. circulans [43] se aislaron de granos de cacao que se habían sometido a temperaturas de secado y tostado (150°C) [42]. Las bacterias aerobias formadoras de esporas producen una variedad de compuestos químicos en condiciones fermentativas. Estos pueden contribuir a la acidez y quizás a veces a los sabores desagradables de los granos de cacao fermentados [33]. De hecho, se ha sugerido que los ácidos grasos libres que se encuentran durante la fase aeróbica de la fermentación y que se consideran responsables de los sabores desagradables del chocolate son producidos por B. subtilis, B. cereus y B. megaterium [44]. Otras sustancias como el ácido acético y láctico,

Bacterias ácido-acéticas (BAC): Las BAC son responsables de la oxidación de etanol a ácido acético y la posterior oxidación de este último a dióxido de carbono y agua. Las reacciones exotérmicas de las bacterias del ácido acético elevan la temperatura de la masa fermentadora a veces hasta 50 °C o más [41]. La acidez de los granos de cacao, la alta temperatura en la masa de la fermentación y la difusión e hidrólisis de las proteínas en los cotiledones se ha atribuido 45

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el 2,3-butanodiol y la tetrametilpirazina son

Brevibacterium

perjudiciales para el sabor del chocolate, también son producidas por Bacillus spp. [33].

Corynebacterium xerosis, Zymomonas mobilis [42,45], Staphylococcus capitis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus hominis y Micrococcus kristinae [36].

Otras especies bacterianas: Se han aislado especies bacterianas distintas a las de BAL, BAC y Bacillus de las fermentaciones de granos de cacao y se han identificado en los géneros de Staphylococcus, Pseudomonas, Pantoea, Tatumella, Klebsiella, Erwinia, Micrococcus, Microbacterium, Frateuria,

amoniagenes,

Hongos filamentosos: Los hongos filamentosos no se consideran una parte importante de la sucesión microbiana de la fermentación del cacao. Sin embargo, estos hongos se han encontrado con mayor frecuencia

Acinetobacter, Chryseobacterium, Brevundimomonas y Xanthomonas [35,45,46].

en las partes bien aireadas de la masa fermentativa y durante el proceso de secado, lo

Generalmente, estas bacterias se detectan en semillas recién colectadas y se considera que provienen de la superficie de las mazorcas, manos de los agricultores, procesos de división de las mazorcas, superficies de los recipientes de fermentación y del suelo [45]. Algunas especies de Pseudomonas, Erwinia, Tatumella y Pantoea son fitopatógenos bien conocidos de varias plantas y frutos [47,48]. Estas bacterias no toleran la acidez de la pulpa y los metabolitos etanólicos, acéticos y lácticos de las levaduras, BAL, BAC y en consecuencia mueren durante las primeras horas de fermentación. Sus poblaciones rara vez superan las 104 UFC/g y representan menos del 10% de la población bacteriana total [45]. Sin embargo, algunas de estas bacterias pueden comenzar a crecer y se vuelven más frecuentes si los tiempos de fermentación se extienden de 6 a 8 días y cuando el pH de la pulpa del cacao está en un valor superior a 5.0 [45]. Algunas de las especies aisladas y descritas incluyen Micrococcus luteus, Micrococcus flavus, Xanthomonas citri, Arthrobacter insolita,

cual puede causar la hidrólisis de parte de la pulpa e incluso la testa de las semillas; también pueden producir ácidos o impartir sabores desagradables a otras semillas como los frijoles [49]. La prevalencia de los hongos filamentosos se correlacionó con su capacidad para tolerar las temperaturas más altas que se desarrollaron durante la fermentación y su potencial para penetrar en la testa de la semilla de cacao. Se han encontrado con bastante frecuencia en las partes con mayor aireación de la fermentación los géneros Rhizopus y Penicillium [50], estos géneros están presentes en mayor abundancia durante el comienzo y el final de la fermentación [33]. Sin embargo, la baja presencia de algunos hongos filamentosos durante la fermentación del grano de cacao puede explicarse por diversos factores como son la competencia entre bacterias y levaduras, producción de alcohol y ácidos orgánicos, temperatura restrictiva, es decir, arriba de los 45°C después de 48 h. En las primeras etapas de la fermentación se han aislado Aspergillus fumigatus, Mortierella spinosa y Paecilomyces 46

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varioti [51)] En las últimas etapas más frías, los

FINANCIAMIENTO

aislados predominantes fueron Penicillium citrinum y Aspergillus glaucus [52]. Durante el proceso de secado de los granos de cacao se han obtenido Penicillium spp., A. fumigatus y Geotrichum candidum [53]. En Brasil se aislaron durante las primeras 44 h de fermentación del cacao los siguientes hongos: A. fumigatus, A. niger [41], Fusarium moniliforme, F. oxysporum, Lasiodiplodia theobromae, Mucor racemosus, Mucor sp., Paecilomyces varioti, Penicillium citillium, Thielaviopsis ethaceticus y Trichoderma viridae, y tres aislados diferentes de Mycelia sterilia [45].

El presente trabajo fue apoyado por el proyecto SAGARPA-CONACYT 2017-2-291417 y por la Secretaría de Investigación y Posgrado con los Proyectos de Innovación SIP 20200918 y SIP 20212080. AGRADECIMIENTOS NDRV e IGC agradecen el apoyo de la beca CONCAYT (CVU 1007036 y CVU 882956, respectivamente) y de la beca BEIFI derivada de la Secretaría de Investigación y Posgrado Proyecto SIP 20210392. BCR, MSVM y PES agradecen el apoyo del Sistema Nacional de Investigadores. MSVM y PES agradecen el apoyo de EDI y COFAA.

CONCLUSIÓN El cacao es uno de los cultivos tropicales más importantes en el mundo y responsable de un

REFERENCIAS

intercambio económico de millones de dólares. La fermentación se considera como el paso más importante en el proceso de transformación del cacao a chocolate en donde los microorganismos juegan un papel fundamental. El conocimiento de los microorganismos y sus actividades, así como las características del cultivo de cacao pueden permitir un mejor manejo del proceso para obtener productos de

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CONFLICTO DE INTERESES Los autores declaran que no existe conflicto de interés.

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La evolución dirigida y la coevolución tecnologías de frontera para mejorar las funciones en las proteínas Rodrigo Arreola Barroso1 iD, Verónica Quintero-Hernández2 iD, Jesús Muñoz-Rojas3 iD, América Rivera-Urbalejo4 iD, Victor Rivelino Juárez-González5* iD 1

Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Av. Universidad 2001, Col. Chamilpa, Cuernavaca, Morelos 62210 México. 2 CONACYT-Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Puebla, México. 3 Grupo Ecology and Survival of Microorganims, LEMM, CICM, IC, BUAP, Puebla, México. Edificio 103 J, Ciudad Universitaria, San Manuel, Puebla, México. C. P. 72570. 4 Facultad de Estomatología, BUAP, Puebla, México. 5 Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Av. Universidad 2001, Col. Chamilpa, Cuernavaca, Morelos. México. CP: 62210. *Email autor corresponsal: *rivelino.juarez@ibt.unam.mx Recibido: 26 diciembre 2021. Aceptado: 11 marzo 2022 RESUMEN En los últimos 10 años, los científicos han logrado simular la evolución natural en sus laboratorios. Este proceso se denomina evolución dirigida, e inicia con un gen o secuencia diana. A partir de esta secuencia del gen se generan bibliotecas de genes mutantes utilizando mutagénesis aleatoria mediante la técnica de PCR propensa a error: epPCR. Las librerías generadas son sometidas a procesos de selección o tamizaje para identificar las proteínas ganadoras de una función o funciones en particular, con respecto a la proteína de la cual se originaron. Otra manera de identificar los productos generados en este largo proceso evolutivo es por medio de los análisis de coevolución, los cuales son de mucha ayuda cuando no existen procesos de selección y el método de tamizaje disponible para encontrar mutantes es muy lento, limitando el número de mutantes a muestrear para obtener una variante mejorada. En la coevolución, se analizan los patrones de variación de residuos que forman un contacto entre sí, porque dichas mutaciones cambian el empaquetamiento de la proteína y pueden provocar modificaciones de función, estabilidad, selectividad, incluso cuando están lejos del sitio activo. La presión de selección a la que son sometidas las proteínas hace que dos residuos que se encuentran en contacto varíen de forma correlacionada cuando son importantes para la función. 52 Artículo de revisión

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Por lo anterior, la evolución dirigida aunada a la coevolución son unas de las técnicas más exitosas de la biología molecular y de frontera que nos permiten explorar y mejorar las funciones en una gran cantidad de proteínas de interés médico, biotecnológico, industrial, etc, en un tiempo muy corto. Palabras clave: evolución dirigida; coevolución; proteínas; despliegue en fagos. ABSTRACT In the last 10 years, scientists have been able to simulate natural evolution in laboratories through the process of directed evolution, which begins with a target gene or sequence for which a mutant gene library is generated using random mutagenesis. After producing such libraries through the technique of error-prone PCR (epPCR), they are subjected to selection or screening for the identification of improved proteins towards a particular function or functions when compared to the protein that originated them. Another methodology to harness the products of the long evolutionary history is the coevolution analysis, which is very helpful when no selection strategy is feasible and the screening method available to sift mutants is very slow, limiting the number of mutants that can be sampled to find an improved variant. In the coevolution analysis, the variation patterns of residues in contact are analyzed, because mutations in these residues change the residue packing in the protein, thus, producing modifications in function, stability, selectivity, even when residue substitution is far from the active site. The selection acting on proteins force two residues in contact to vary in a correlated way when they are important for function. Therefore, directed evolution coupled with coevolution are some of the most successful techniques in molecular and frontier biology that allow us to explore and improve the functions of a large number of proteins of medical, biotechnological, industrial interest, etc., in a very short time. Keywords: coevolution; directed evolution; phage display; proteins. INTRODUCCIÓN El diseño de proteínas se ha enriquecido al

tiempo con las demás moléculas (ADN, ARN, lípidos, carbohidratos, agua, etc), que forman

entender los procesos mediante los cuales los seres vivos han logrado que las proteínas trabajen de manera coordinada en un espacio y

parte de la célula en la que se encuentran, cumpliendo funciones que permiten la vida en los organismos (Figura 1; Figura 2).

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Figura 1. La bacteria Escherichia coli. Pintura basada en evidencia experimental sobre el grado de empaquetamiento que tienen las proteínas de la bacteria E. coli. Imagen generada por David S. Goodsell. RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-028.

Figura 2. La replicación del ADN en el núcleo de una célula. Pintura basada en evidencia experimental sobre la replicación en una célula eucarionte, donde se observa el grado de empaquetamiento de las proteínas y el ADN. Imagen generada por David S. Goodsell. RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-00.

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se utilizan diversos servidores para emprender

aminoácidos de una proteína determina la función cuando la proteína adopta su estructura terciaria o tridimensional. Por ejemplo, en el caso de las enzimas, determinan dos aspectos fundamentales: la posición y orientación correcta en el espacio de los aminoácidos que componen el sitio activo, ambos factores son importantes para poder interaccionar con sus sustratos y catalizar la reacción. De igual forma

este análisis, como: Clustal Omega (https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/) [8], BLAST (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/home/proteins/) [9], TCOFFEE (https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/tcoffee/) [10], entre otros. Con estos análisis se pueden reconocer a las proteínas que llevan a cabo la misma función al comparar porcentajes de identidad entre secuencias de aminoácidos, identificando regiones conservadas en la secuencia de aminoácidos. Estos residuos conservados son especialmente importantes para la función, estabilidad, afinidad, especificidad de las proteínas y las propiedades que podemos medir experimentalmente. Por otra parte, los alineamientos múltiples de secuencias nos han llevado a inferir que una familia de proteínas comparte un ancestro común, el cual fue divergiendo genéticamente para dar lugar a las proteínas que se encuentran hoy en día en los seres vivos y en virus. Dentro de estos, los genes ortólogos producen proteínas que llevan a cabo la misma función en microorganismos u organismos diferentes y tienen secuencias de aminoácidos similares entre sí [11]. Los alineamientos múltiples también permiten darnos cuenta de los procesos de divergencia de las proteínas. Estos procesos

estructura

primaria

secuencia

en las interfaces presentes en las proteínas que funcionan formando oligómeros (dímeros, trímeros y tetrámeros, etc), son importantes las posiciones y orientaciones de los aminoácidos que constituyen estas interfaces para el adecuado funcionamiento de las proteínas oligoméricas [1–6]. El empaquetamiento de aminoácidos en las proteínas en su interior es fundamental para que cada aminoácido interaccione con los aminoácidos vecinos, tanto al interior de la proteína como al exterior con las moléculas aledañas, para poder cumplir sus funciones celulares (Figura 1; Figura 2). De tal forma, las mutaciones en los aminoácidos empaquetados en las proteínas pueden provocar cambios locales o globales en la estructura de la misma [7].

de divergencia inician cuando aparece una nueva especie o después de un proceso de duplicación genética que origina dos copias de un gen para una proteína, una de las cuales adquiere función diferente en el mismo microorganismo u organismo [11]. Los cambios que llevan a la divergencia

Los alineamientos múltiples Una de las formas de visualizar y entender la presencia de mutaciones acumuladas de manera natural en las secuencias de las proteínas, es por medio de los análisis de alineamientos múltiples de secuencias de aminoácidos de proteínas de diferentes especies. Para este fin, 55

Artículo de revisión

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ocurren en nuestro material genético. De

inglés,

manera general, sabemos que la secuencia de una proteína está contenida en su ARN (ácido ribonucleico), que a su vez esta codificada en un gen de ADN (ácido desoxirribonucleico), el cual es el principal constituyente del material genético de los seres vivos. Esta molécula almacena la secuencia que va a dar origen a cada proteína en fragmentos de la misma molécula llamados genes. Cada vez que se separan las cadenas de ADN para el proceso de replicación (generar copias) se pueden generar mutaciones durante el proceso debido a errores de copiado, los cuales sustituyen unos nucleótidos (formados por una base nitrogenada y un azúcar desoxirribosa unida a un grupo fosfato) por otros, dando lugar a la generación de nuevas secuencias de proteínas con cambios de aminoácidos. Durante la evolución natural las mutaciones se van acumulando por millones de años y restringiendo mediante procesos de selección. A pesar de que las mutaciones ocurren a baja frecuencia y de manera azarosa, pueden mantenerse en los eventos de replicación del ADN de futuras generaciones aquellas que proporcionen una ventaja a la proteína y al organismo sobre los demás organismos. Los procesos de generación de variabilidad y

Darwinianos de variación y selección. Esta herramienta inicia con un gen o secuencia diana a partir del cual se generan bibliotecas de genes mutantes utilizando mutagénesis aleatoria por medio de la técnica de PCR propensa a error, epPCR (“error prone PCR” en inglés) (Figura 3). Esto permite generar bibliotecas del gen o genes diana con diferentes tasas de mutación controlando en cada una el grado de variabilidad con lo cual se obtienen bibliotecas de mutagénesis baja, media y alta [13]. Existen otras técnicas para generar variabilidad en las poblaciones de genes tales como: la recombinación de genes mutados por barajeo (“gene shuffling”, en inglés), en donde se crean quimeras con trozos de genes (recombinación) que ya tienen mutaciones que les confieren alguna ventaja; una mezcla que incluya al gen silvestre puede eliminar las mutaciones que no contribuyen al mejoramiento de la función [14– 16]. Este proceso no solo se aplica a genes mutantes, también podemos realizar el barajeo de familias de genes (“family shufling” en inglés), donde, a partir de una mezcla de las secuencias de genes de una familia se crea una biblioteca de genes quiméricos, a partir de los cuales se seleccionan las quimeras deseadas [17]. En todas las técnicas para generar

selección de las mutaciones benéficas para una función en particular, es lo que genera la evolución de las especies [12].

variación, las bibliotecas resultantes son clonadas en vectores de expresión y luego transformadas en bacterias para la expresión de las proteínas mutagenizadas con el fin de identificar mejoras en su función.

La evolución dirigida como fuente de variación en los genes La evolución dirigida o “directed evolution” en

56 Artículo de revisión

está

basada

los

principios

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Figura 3. Proceso de evolución dirigida y selección. Se usan librerías con diferentes tasas de mutación para la generación de una proteína mejorada, solo crecen las colonias ganadoras de la función evaluada. Las proteínas mutantes que han mejorado la función deseada son reconocidas por dos métodos: 1) En el método de selección crecen

cantidad de proteínas con funciones mejoradas con respecto a la proteína silvestre o la proteína de la cual partieron. Todo esto ha colocado a la

únicamente las colonias bacterianas que contienen un plásmido con mejoras en el gen deseado; estos genes deben codificar proteínas que desempeñan funciones esenciales en un microorganismo u organismo, o condicionar la función de uno de estos genes; la mayoría de las clonas contenidas en las bibliotecas mutagénicas en este tipo de métodos no son capaces de crecer [16, 17] (Figura 3) y 2) En el método de tamizado o screening, la mayoría de las colonias bacterianas que fueron transformadas con plásmidos crecen y los investigadores deben seleccionar las proteínas que han ganado la función que ellos deseen, por ejemplo, por medio del despliegue en fagos o phage display [18, 19] (Figura 4). Mediante ambos métodos se han aislado una gran

evolución dirigida, en los últimos 10 años, como una de las técnicas más exitosas que se emplean en ciencia de frontera para explorar y mejorar las funciones en una gran cantidad de proteínas de interés médico, biotecnológico, industrial, etc. Aunado a lo anterior, la evolución dirigida permite acortar los tiempos de la evolución natural para obtener mejoras en la característica deseada. Lo que a la naturaleza le toma millones de años puede realizarse en solo unos cuantos meses de trabajo en el laboratorio, permitiendo a los expertos en esta área generar diversidad en las secuencias nucleotídicas de los genes de las proteínas para incrementar su función. 57

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El premio Nobel de Química por la evolución dirigida y el despliegue en fagos La primera investigadora en la lista de galardonados fue la Dra. Frances Hamilton Arnold la cual ha desarrollado la evolución dirigida para trabajar durante muchos años el mejoramiento catalítico de las reacciones de enzimas usadas, por ejemplo, para el mejoramiento de biocombustibles. La Dra. Arnold también desarrolló la metodología SCHEMA para generar genes quiméricos con el objetivo de obtener nuevas proteínas [22], e incluso género enzimas capaces de formar enlaces no presentes en las moléculas biológicas como el enlace Si-C [23,24]. Los siguientes galardonados fueron los Dres. George P. Smith [25] y Gregory P. Winter [26], de los cuales Smith es considerado el padre del despliegue en fagos (Phage Display en inglés). Este novedoso y poderoso método de tamizado

biotecnológico, médico, etc [27–30]. Este método de detección puede analizar millones de variantes en pocos días (Figura 4). En el despliegue en fagos, los virus que se utilizan presentan la capacidad de infectar de manera natural a las bacterias como Escherichia coli mediante la proteína pIII. Esta proteína interacciona con el pili de E. coli, introduciendo su material genético con una alta eficiencia, incluso varios órdenes de magnitud si se compara con la eficiencia de otros métodos tradicionales de transformación como la electroporación, que introduce el ADN a las células bacterianas utilizando celdas especiales y descargas eléctricas, o la transformación química, la cual somete a diferentes choques de calor a las células bacterianas para introducir el ADN de interés. Nosotros, por evolución dirigida y despliegue en fagos, fuimos capaces de generar varios anticuerpos en los formatos scFv (30 kDa) y Fab (50 kDa), con propiedades neutralizantes de la toxina Cn2 del alacrán Centruroides noxius, considerado el alacrán más peligroso de México para los humanos. Estos anticuerpos permitieron neutralizar los efectos de la toxina Cn2 en ratones hembra cepa CD1, de 20 g de peso y utilizando una dosis letal 50 de toxina (LD50) [31,32].

permitió a los investigadores Smith y Winter evaluar, con una velocidad nunca antes vista, bibliotecas de distintos tipos de moléculas (péptidos, citosinas, anticuerpos, enzimas, proteínas de unión a ADN, etc). Para lograrlo, las diferentes proteínas a probar se fusionaron a las proteínas que conforman la cubierta de los fagos filamentosos tipo M13, lo que permitió identificar a las mutantes más activas frente a un sustrato por competencia y su posterior secuenciación de los fagos ganadores. Lo descrito en el párrafo anterior, colocó al despliegue en fagos como una de las metodologías más exitosas, económicas, eficientes y fáciles de utilizar para la selección de las proteínas mutantes de interés

Por evolución dirigida se han explorado muchas funciones en diversas proteínas, como ejemplo se encuentran las enzimas: epóxido hydrolasa, glyfosato, n-acetyltransferasa, xylanasa y fosfotriesterasa, en cuyas variantes se ha observado mejoramiento en la especificidad, las constantes catalíticas, como la constante Km 58

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Figura 4. La evolución dirigida con tamizado por despliegue en fagos. Permite producir anticuerpos neutralizantes de moléculas con interés biotecnológico y médico. (afinidad de la enzima por su sustrato; a menor valor de Km mayor es la afinidad de la enzima por su sustrato) y la Vmax (velocidad máxima de la reacción), la estabilidad y la solubilidad [33]. El mejoramiento de las propiedades de estas enzimas es primordial para su uso en la industria y sus diversas aplicaciones biotecnológicas, médicas, alimenticias, etc [34,35]. Saab-Rincón y coautores (incluyendo al autor correspondiente de esta revisión), por evolución dirigida, se logró obtener una

para la triosa fosfato isomerasa de Escherichia coli, esto nos permitió seleccionar a las mutantes de la enzima monomérica de T. brucei, mejoradas por evolucion dirigida, las cuales se identificaron midiendo sus constantes catalíticas [36]. Los aportes generados por la Dra. Frances Hamilton Arnold, el Dr. George P. Smith y el Dr. Gregory P. Winter, revolucionaron los métodos para explotar la variación y para seleccionar a las mutantes de proteínas con funciones mejoradas, las cuales fueron aisladas

variante que mostró un incrementó en la actividad de la enzima monomérica de la triosa fosfato isomerasa de Tripanosoma brucei, la cual fue expresada en la bacteria Escherichia coli. Para lograr lo anterior, fue necesario interrumpir el gen cromosomal que codificaba

de bibliotecas integradas por millones de mutantes generadas en tiempos muy cortos, comparados con los millones de años que tardo la evolución natural para formarlas y seleccionarlas.

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La coevolución fuente de variación en las proteínas Otra forma de aprovechar los productos del largo proceso evolutivo son los análisis de coevolución. Dichos análisis son de mucha ayuda cuando no se tienen procesos de selección y el tamizaje de mutantes disponible es lento, pues pueden limitar el número de mutantes a muestrear para obtener una mejorada. Para hacerlo, se analiza la forma en que varían los residuos formando un contacto; las mutaciones en estos residuos cambian el empaquetamiento de la proteína y pueden causar modificaciones de función, estabilidad, selectividad aun cuando estén lejos del sitio activo. La selección a la que son sometidas las proteínas hace que dos residuos en contacto varíen de forma correlacionada cuando son importantes para la función. Una mutación que

ha sido usado para identificar residuos de aminoacídos importantes para la función, redes de interacción alostérica y patrones de contacto característicos de familias de proteínas [37]. Los análisis de coevolución fueron creados con el propósito de identificar residuos que están interaccionando para mantener la estructura o permitir la función. Esto ha permitido que se apliquen en la búsqueda de sitios alostéricos, que afectan el sitio activo por la unión de una molécula en otro sitio. Los sitios alostéricos se unen al sitio activo por medio de residuos cuya interacción y evolución están acopladas. Dado que al analizar la coevolución de aminoácidos se identifican residuos que están interaccionando, se trató de extender su uso a la detección de contactos entre residuos. Se quería aplicar la detección de interacciones para predecir estructuras tridimensionales. Un problema al que se enfrentó esta aplicación es que esta predicción depende de la calidad del alineamiento: familias de proteínas con alto nivel de variación en los aminoácidos de sus secuencias pueden alinearse con menor nivel de confianza en muchos de sus segmentos de secuencia. Además, los residuos que están coevolucionando pueden encontrarse distantes e interactuar mediante una red de residuos: es necesario diferenciar estos residuos de los que

produce un efecto desfavorable en una proteína requiere una segunda mutación que compense el efecto de la primera para mantener su estructura y función. El mejor sitio para que ocurra esta mutación compensatoria es en alguno de los residuos en contacto con el primero. Dicho patrón de variación resulta en pares de contacto que covarían. Esta covariación puede detectarse de forma directa, comparando los contactos entre estructuras de ortólogos, o indirecta, analizando los alineamientos múltiples de secuencias de aminoácidos (Figura 5). Rama Ranganathan, en 2018, fue el primero en proponer una función energética para describir esta correlación y predecir residuos interaccionando. Este análisis

están en contacto directo para predecir los residuos en contacto en la estructura. La calidad del alineamiento y la detección de residuos en contacto directo han sido problemas que se han atacado con diversos algoritmos. Por ejemplo, el problema de diferenciar residuos en contacto directo de otros acoplamientos tuvo su 60

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Figura 5. Identificación de residuos coevolucionando. Las parejas de aminoácidos en contacto se conservan cuando son importantes para la función. El cambio de un residuo en el par debe compensarse por la variación del otro y así mantener la función de la proteína. primer éxito tras el trabajo del grupo liderado por Terence Hwa, Martin Weigt and José N. Onuchic [36, 37]. Este algoritmo calcula el acoplamiento directo aplicando estadística bayesiana (basada en aspectos del método científico para recolectar evidencia consistente o no con una hipótesis dada, a medida que la evidencia se acumula, el grado de creencia en esa hipótesis se va modificando) para crear un modelo estadístico global, cuyos resultados debían ajustarse al análisis de acoplamiento por pares y a propiedades del sistema como la

macromoléculas a nivel atómico determinadas por la comunidad científica de todo el mundo, las direcciones web de acceso son: www.pdb.org (wwPDB: Worldwide Protein Data Bank y RCSB PDB: Homepage y

entropía de cada residuo. Recientemente, mediante el uso del programa Alpha Fold, el cual aplica inteligencia artificial para ajustar los resultados del análisis acoplamiento directo a las estructuras tridimensionales (3D) disponibles en el PDB o Protein Data Bank (banco de información estructural de las

coevolución, hemos modificado la selectividad de las enzimas glicósido hidrolasas de la familia

https://pdb101.rcsb.org/learn/guide-to-understandingpdb-data/introduction).

Así, Alpha Fold ha sido capaz de calcular estructuras 3D con la misma precisión que la difracción de rayos X, aún para secuencias de proteínas cuya estructura no ha sido determinada y depositada en PDB [40]. Nosotros, por medio de estudios de

GH13, también conocida como de las amilasas. Logrando aumentar la relación hidrólisis/transglicosidación (ruptura/transferencia de cadenas de azúcares) hasta 5 veces [41]. Además, estos cambios de selectividad se 61

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lograron mutando residuos fuera del sitio

coevolución

nos

acercarán

más

catalítico (que es el foco de estudios que no incluyen evolución dirigida). Cambiar la preferencia de una enzima de romper cadenas de azúcares para que pegue azúcares en otras moléculas tiene una gran importancia biotecnológica porque puede permitir la creación de herramientas de glicosíntesis (usadas en la síntesis de fármacos, surfactantes y mejoramiento de probióticos) y ajustar la selectividad para una función específica (generación de fructosa a partir de almidón, tratamiento de textiles, producción de dextrinas).

entendimiento de la evolución y al mejoramiento de las funciones en las proteínas para los fines que la ciencia y la humanidad necesiten.

CONFLICTO DE INTERESES Los autores declaran la ausencia de conflictos de interés. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al Mtro. Juan Manuel Hurtado Ramírez, M.E.M. David Santiago Castañeda Carreón, Ing. Roberto P. Rodríguez Bahena y L.I. Servando Aguirre Cruz por su asistencia técnica en computación.

CONCLUSIÓN Los cambios de función, selectividad, creación de nuevas funciones y mejoramiento de los antivenenos han sido logros de la evolución

REFERENCIAS

dirigida y la coevolución. Estos han sido posibles gracias a la inspiración que ha obtenido del estudio del fenómeno de evolución y de sus productos, los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y las proteínas. Los investigadores se preguntarán: ¿Qué más podemos aprender del estudio de los procesos evolutivos? solo el tiempo lo dirá, pero hasta ahora la evolución dirigida nos ha permitido generar moléculas en tiempo récord para obtener nuevas funciones y

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65 Artículo de revisión

INSTRUCCIONES A LOS AUTORES ENVÍO DE MANUSCRITO Los manuscritos deben ser enviados por uno de los autores. El autor correspondiente deberá enviar el manuscrito junto con una carta de Derechos de Autor firmada por los autores del trabajo, en la que se haga constar que se trata de un artículo original, no publicado con anterioridad, ni puesta a consideración de manera simultánea en otra revista. Los artículos deben enviarse por correo electrónico a la atención de: Dr. Martín Pérez Santos Director de la revista Alianzas y Tendencias: alianzasytendencias@correo.buap.mx con copia a Dr. Jesús Muñoz-Rojas Subdirector de la revista Alianzas y

tendencias

joymerre@hotmail.com LONGITUD DEL MANUSCRITO Artículo de Investigación: deberan contener entre 4000-8000 palabras, excluyendo figuras y tablas. Revisiones: deberán contener entre 800040000 palabras, excluyendo figuras y tablas. PREPARACIÓN DEL MANUSCRITO El manuscrito debe ser escrito en español en un estilo claro, directo y activo. Todas las páginas deben numerarse secuencialmente para facilitar una revisión y edición del manuscrito. SECCIONES DEL MANUSCRITO El manuscrito debe ser dividido en siguientes secciones:

las

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hasta

El texto principal debe iniciar en una página separada y debe estar dividida en página de título, resumen, y texto principal. El texto puede ser subdividido de acuerdo a las áreas a discutirse, las cuales deben seguirse de las secciones de Agradecimientos y Referencias. Los artículos de revisión deben mencionar cualquier revisión previa, reciente o antigua en el área y contener una discusión comprensiva iniciando con los antecedentes del área. Los autores deben evitar presentar material el cual haya sido publicado en revisiones previas. Se recomienda a los autores que comenten y discutan sus observaciones en una forma breve. Para los artículos de investigación, el manuscrito debe iniciar con una página de título y resumen seguido por el texto

principal, el cual debe estructurarse en secciones separadas, tales como Introducción, Metodología, Resultados, Discusión, Conclusión, Conflicto de Interés, Agradecimientos y Referencias. El estilo del manuscrito debe ser uniforme a través de todo el texto y debe utilizarse un tipo de letra de Times New Roman, tamaño 10. El término completo para una abreviación debe preceder su primera aparición en el texto, a menos que está sea una unidad de medida estándar. Las itálicas deben usarse para nombre binominales de organismos (Género y Especie) para énfasis y para palabras o frases no familiares. Las palabras no- asimiladas del latín u otras lenguas deben también mostrarse en itálicas e.g., per se, in vivo, in vitro, in situ, versus, in silico, et al., i.e., etc. Simbolos y Unidades: Los simbolos griegos y carácteres especiales a menudo sufren cambios de formato y corrompen o se pierden durante la preparación del manuscrito para su publicación. Para asegurase de que todos los caracteres especiales están incrustados en el texto, dichos carácteres deben insertarse como un simbolo que no sea resultado de otro estilo de formato, de otra manera ellos se perderan durante la conversión al PDF. Para los parámetros deben utilizarse únicamente símbolos del ISO. Todas las clases de medidas deben reportarse solamente en el Sistema Internacional de Unidades. Dichas unidades deben escribirse siempre en Romano y separase del valor numérico por un espacio.

Conclusión

Debe proporcionarse un pequeño párrafo que resuma el contenido del artículo, y que presente el resultado final de la investigación o proponga un estudio adicional sobre el tema.

Conflicto de Interés

Las contribuciones financieras y cualquier potencial conflicto de interés debe ser establecido. Los autores deben listar las fuentes de financiamiento para el estudio.

Agradecimientos

Debe agradecerse a cualquier (individuo/compañía/institución) que haya contribuido substancialmente al estudio para contenido intelectual, o haya estado involucrado en la redacción o revisión del manuscrito.

10. Referencias Las referencias deben ser numeradas secuencialmente (entre corchetes) en el texto y listadas en el mismo orden numérico. Todas las referencias deben ser completas y precisas. Las citas en línea deben incluir la fecha de acceso. Los títulos de las revistas deben ajustarse a las actuales abreviaturas de Index Medicus. Es necesario listar todos los autores si el número total de autores es 6 o menos, y para más de 6 autores utilizan 6 autores y luego et al. Los números de referencia deben estar finalizados y la bibliografía debe estar completamente formateada antes de la presentación del artículo. Las referencias deben ser listadas en el siguiente estilo de Vancouver: Revista: [1] Anaya-Ruiz M., Perez-Santos M. Innovation status of gene therapy for breast cancer. Asian Pac J Cancer Prev 2015; 16(9): 4133-6. Libro: [2] Minev BR. Cancer Management in Man: Chemotherapy, Biological Therapy, Hyperthermia and Supporting Measures. 1st ed. Springer: New York 2011. Capítulo de libro: [3] Khandia R, Sachan S, Munjal AK, Tiwari R, Dhama K. Tumor Homing Peptides: Promising Futuristic Hope for Cancer Therapy. In: Rahman A, Zaman K, Eds. Topics in AntiCancer Research. Bentham; 2016; 43- 86.

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11. Tablas y Figuras Las tablas de datos y figuras deben enviarse en formato de Microsoft Word. Cada tabla y figura debe incluir un título que por si mismo explique los detalles incluidos en cada caso. Las tablas y figuras deben numerarse secuencialmente en Arábigo con el número de la tabla o figura en negrita seguida de un título. El título debe ser en minúsculas con la primera letra en mayúsculas. Las tablas y figuras deben insertarse al texto inmediato a su referencia en el texto.

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