Desarrollamos y aplicamos herramientas bioinformáticas para estudiar genomas y proteomas microbianos, comprender su evolución y abordar problemas de microbiología, simbiosis y biotecnología.
Presentación
El grupo de Bioinformática es un grupo de reciente formación que surgió ante la necesidad de desarrollar nuevas herramientas bioinformáticas para el análisis de datos de secuenciación masiva (NGS). En sus inicios, el trabajo se centró en el diseño de pipelines específicos y en el procesamiento para la clasificación y separación de lecturas correspondientes a diferentes muestras (demultiplexing) obtenidas mediante mutagénesis por firmas moleculares (STM) acoplada a secuenciación masiva, con el fin de identificar determinantes genéticos clave para la competitividad en la colonización radicular y la supervivencia en formulaciones de inoculantes. Para el procesamiento de los datos de secuenciación obtenidos se desarrolló la herramienta STM-seq-count.
Posteriormente, el grupo diversificó sus líneas de investigación incorporando el estudio de la evolución del sesgo de uso de codones sinónimos en bacterias (CUBES) y de la localización diferencial de secuencias de inserción en genomas estrechamente relacionados (ISCompare). Adicionalmente se desarrollaron diferentes herramientas para la búsqueda de proteínas homólogas con una arquitectura de dominios definida (ArchMMer), la identificación y comparación de clusters genéticos (Scan cluster) y la optimización del proceso de diseño de cebadores (ColabPCR).
En la actualidad llevamos adelante una línea de investigación focalizada en la identificación, predicción y caracterización de pequeños marcos de lectura abiertos (smORFs) y sus productos proteicos (smORF-encoded polypeptides, SEPs) mediante el análisis de datos proteómicos y la utilización de modelos de inteligencia artificial. En los últimos años, el equipo también ha asumido un fuerte compromiso con la formación de recursos humanos de posgrado en bioinformática a través de la dirección y codirección de diversas tesis doctorales.
Líneas de investigación
Identificación y caracterización de pequeños marcos de lectura abiertos (smORFs) en microorganismos asociados con huéspedes eucariotas
Los pequeños marcos de lectura abiertos (smORFs) son secuencias de ADN que tienen el potencial de codificar polipéptidos de pequeño tamaño, conocidos como SEPs (smORF-encoded polypeptides). Durante mucho tiempo fueron descartados al considerarse parte del ADN no codificante o «basura»; sin embargo, el avance de las tecnologías de secuenciación y proteómica ha demostrado que muchos de ellos se transcriben y traducen activamente.
Los SEPs están involucrados en diversos procesos celulares esenciales, como la respuesta al estrés, la resistencia a los antibióticos, el transporte, la señalización, la división celular y las interacciones con huéspedes, cumpliendo roles clave en la fisiología microbiana.
Esta línea de investigación se aboca a la identificación de smORFs en genomas de bacterias, principalmente aquellas asociadas a huéspedes eucariotas, mediante la utilización y el desarrollo de herramientas bioinformáticas. Hemos explorado el potencial de la conservación intraespecie como predictor de potencial codificante y estamos desarrollando métodos de aprendizaje profundo basados en modelos de lenguaje de proteínas y ácidos nucleicos.
Búsqueda bioinformática de clusters de genes conservados
Los clusters genéticos bacterianos desempeñan un papel fundamental en la ecología de las bacterias del suelo al modular su capacidad de adaptación, supervivencia e interacción con las plantas. Entre ellos, los clusters especializados en la simbiosis, la nodulación y el catabolismo de exudados radiculares (como los rCGCs) permiten a los microorganismos establecer una comunicación molecular precisa con sus huéspedes, dominar la rizósfera y coordinar respuestas eficientes frente a condiciones de estrés abiótico y biótico.
En esta línea de investigación nos abocamos al desarrollo de métodos para la búsqueda de clusters genéticos, en especial aquellos con actividades de relevancia para el sector agrícola, incluidos los involucrados en la promoción del crecimiento vegetal. Hemos desarrollado Scan cluster, un programa para la búsqueda y comparación de clusters en bacterias. Como proyección futura, planeamos desarrollar métodos basados en inteligencia artificial para la identificación de clusters y la predicción de características de interés en cepas microbianas.
Evolución de genes simbióticos, diversidad poblacional y uso de codones sinónimos en plantas leguminosas
El cultivo de leguminosas como el poroto, la lenteja y el garbanzo se presenta como una alternativa clave con una demanda creciente como reemplazo de la carne, ya que proveen alimentos de alta calidad, preservan la salud de los suelos y reducen la emisión de gases de efecto invernadero.
Las plantas leguminosas tienen la capacidad de establecer una interacción simbiótica fijadora de nitrógeno con bacterias del suelo, promoviendo una agricultura sostenible mediante la sustitución gradual de los fertilizantes nitrogenados de síntesis química. En esta línea de investigación hemos estudiado la evolución de una selección de genes involucrados en la simbiosis fijadora de nitrógeno, de sus variantes alélicas y los sesgos en el uso de codones sinónimos en el genoma nuclear.
Conservación evolutiva de la armonización del uso de codones en bacterias y su relación con el plegamiento cotraduccional
Si bien el código genético es universal, los codones que se usan mayoritariamente para codificar cada aminoácido difieren entre organismos: algunos se utilizan con frecuencia y otros raramente, originando el sesgo en el uso de codones sinónimos.
La correcta expresión de proteínas en sistemas heterólogos —por ejemplo, proteínas humanas en bacterias o plantas— requiere que su código sea compatible. Una forma de lograrlo es cambiar en la secuencia codificante los codones raros por los presentes en el organismo blanco. Para maximizar la expresión de una proteína es común cambiar todos los codones por los más frecuentes, un proceso conocido como optimización del uso de codones. Sin embargo, puede generar problemas cuando la velocidad de síntesis es importante para adquirir correctamente la estructura proteica (plegamiento cotraduccional).
Se ha demostrado que en esos casos la mejor opción es replicar el sesgo de uso de codones del organismo original posición a posición (armonización). En esta línea de trabajo estudiamos, utilizando diferentes métricas de uso de codones, si esta información está conservada evolutivamente.
Líneas de investigación en colaboración
Genes requeridos para la colonización rizosférica y endofítica de alfalfa
Identificación de genes requeridos para la colonización de alfalfa (Medicago sativa) por Pantoea LPU12. Trabajo realizado en conjunto con Sofía Erdozain y Antonio Lagares.
Caracterización evolutiva y funcional del plasmidoma de S. meliloti
Trabajo realizado en conjunto con Abril Pagnutti y Antonio Lagares. La tesis doctoral de Abril cuenta con dirección de Antonio Lagares y codirección de Mauricio J. Lozano.
Adaptación y persistencia del complejo Burkholderia cepacia en fibrosis quística
Búsqueda a escala genómica de marcadores moleculares asociados a la adaptación y persistencia en el tracto respiratorio de niños y niñas con fibrosis quística, y caracterización del plasmidoma de organismos del complejo Burkholderia cepacia. Colaboración con la Dra. Alejandra Bosch y codirección de tesis doctoral.
Reprogramación metabólica de fenotipos ATR(+) en Sinorhizobium meliloti
Trabajo realizado en conjunto con Walter Draghi y Carlos Ulises Molfesa Kaczoruk.
Proteínas de interés en bacterias de la Cuenca Petrolífera Neuquina
Búsqueda de proteínas involucradas en la degradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos, producción de surfactinas y sistemas de quorum sensing en genomas de bacterias aisladas de consorcios bacterianos de la Cuenca Petrolífera Neuquina. Colaboración con la Dra. Bibiana Copotelli y codirección del trabajo final de grado de Octavio Ellehoj.
Señalización por segundos mensajeros en B. diazoefficiens
Identificación y caracterización bioinformática y evolutiva de proteínas involucradas en señalización por segundos mensajeros en B. diazoefficiens. Colaboración con el Dr. Elías Mongiardini, que incluye análisis genómico de pilis tipo IV en Bradyrhizobium.
Evolución de los sistemas de dos componentes NtrBC/XY
Estudio evolutivo de ortólogos de los sistemas de dos componentes NtrBC/XY de B. diazoefficiens. Colaboración con la Dra. Silvina López García y la Dra. Florencia Del Papa, del grupo de Microbiología molecular y transducción de señales en bacterias.
Variantes genómicas y sistemas flagelares de B. diazoefficiens
Análisis de variantes de nucleótido simple (SNPs) en cepas de B. diazoefficiens más móviles obtenidas por evolución dirigida, y caracterización bioinformática de proteínas de los sistemas de flagelos polar y subpolar. La colaboración con la Dra. Julia Althabegoiti incluye análisis de flagelinas de los flagelos subpolar y lateral en Bradyrhizobium y búsqueda de variantes en cepas más móviles de B. diazoefficiens USDA10.
Otras líneas compartidas
Determinantes genéticos de rizobios requeridos para la colonización de la rizósfera
Búsqueda e identificación, a escala genómica, de genes que permiten a los rizobios establecerse y competir en la rizósfera.
Combinamos genómica, genética, bioinformática y ensayos funcionales para comprender cómo los rizobios se adaptan al ambiente del suelo, reconocen a sus hospedadores y colonizan sus raíces. Se estudian determinantes asociados con la movilidad, la señalización, la adaptación a condiciones adversas y la interacción con otros microorganismos.
El objetivo es relacionar la información genética con la eficiencia de colonización y nodulación, aportando bases para el diseño de inoculantes más persistentes y eficaces en sistemas agrícolas.
Participan: María Eugenia Salas, Mauricio Javier Lozano y Antonio Lagares.
Microbiología ambiental y evolución de bacterias del suelo
Análisis de la adaptación, evolución y estructura poblacional de bacterias de ambientes agrícolas y naturales.
Investigamos cómo la acidez, la disponibilidad de nutrientes y la presencia de contaminantes moldean las comunidades bacterianas del suelo. Integramos genómica comparativa, filogenómica, bioinformática y evolución experimental para estudiar la adquisición de funciones adaptativas.
Prestamos especial atención a la transferencia horizontal de genes y a la dinámica de plásmidos, con miras a comprender la respuesta de las bacterias a presiones ambientales y su posible aplicación en biotecnología, restauración de suelos y biofertilización.
Participan: Mauricio Lozano, Walter Draghi y Antonio Lagares.
Genómica funcional de bacterias de interés agrícola y biotecnológico
Secuenciación y análisis funcional de genomas bacterianos para descubrir mecanismos y genes de interés aplicado.
Secuenciamos, ensamblamos y anotamos genomas de bacterias aisladas de suelos agrícolas de distintas regiones. Mediante minería de datos y comparación con bases internacionales identificamos genes relacionados con tolerancia al estrés, producción de metabolitos e interacción planta–microorganismo.
El enfoque integrador de genómica funcional y biología de sistemas aporta conocimiento para diseñar inoculantes bacterianos de nueva generación y soluciones agrícolas más sostenibles y eficientes.
Participan: Mauricio Lozano, Antonio Lagares y Gonzalo Torres Tejerizo.
Equipo
- Mauricio Javier LozanoDirector del grupo · Investigador responsable · Investigador Adjunto CONICET · Doctor de la Facultad de Ciencias Exactas, UNLP
- Antonio LagaresDirector del grupo · Investigador Superior CONICET
- Ezequiel Gerardo MogroBecario posdoctoral CONICET · Doctor de la Facultad de Ciencias Exactas, UNLP
- Dardo DallachiesaBecario doctoral CONICET · Beca de finalización de doctorado · Licenciado en Biotecnología, FCE–UNLP
- Gonzalo Martín ZapataBecario doctoral Agencia I+D · Licenciado en Biotecnología, FCE–UNLP
- Abril Lourdes PagnuttiBecaria doctoral CONICET · Licenciada en Biotecnología, FCE–UNLP · Dirección: Antonio Lagares; codirección: Mauricio J. Lozano
- Macarena AlgañarasBecaria doctoral CONICET · Beca de finalización de doctorado · Licenciada en Biotecnología y especialista en Bioinformática, FCE–UNLP / CINDEFI
Personas vinculadas por tesis o colaboración
- Carlos Ulises Molfesa KaczorukLicenciado en Biotecnología, FCE–UNLP · Beca doctoral CONICET · Dirección: Walter Draghi y Mauricio J. Lozano
- Octavio EllehojEstudiante de la Licenciatura en Biotecnología · Trabajo final de grado · Dirección: Bibiana Copotelli (CINDEFI, UNLP–CONICET); codirección: Mauricio J. Lozano
Macarena Algañaras y Abril Pagnutti, incluidas en el equipo, también mantienen vinculaciones por tesis y colaboración.
Proyectos y financiación
- Identificación y caracterización de pequeños marcos de lectura abiertos (smORFs) en microorganismos asociados con huéspedes eucariontes. PICT 2021-0168 (ANPCyT, Temas Abiertos — Equipo de Trabajo de Reciente Formación, trayecto II). Período: 2023–2027. Duración: cuatro años. Director: Mauricio J. Lozano. Sus fondos permitieron iniciar una de las principales líneas de investigación del grupo.
- Determinantes moleculares del fenotipo ácido-tolerante (ATR) de Sinorhizobium meliloti, simbionte de alfalfa. PICT 2021-0118 (ANPCyT, Temas Abiertos — Equipo de Trabajo de Reciente Formación, trayecto II). Período: 2023–2027. Duración: cuatro años. Director: Dr. Walter Draghi. El grupo participa en las actividades bioinformáticas; Mauricio J. Lozano integra el Grupo Responsable y dirige conjuntamente a uno de los becarios cuya tesis aborda la temática del proyecto.
- IDPFun2 — Integrating novel data, artificial intelligence and molecular behaviour to expand functional characterization of intrinsically disordered proteins. HORIZON-MSCA-2023-SE-01 (MSCA Staff Exchanges 2023). Tipo de acción: HORIZON-TMA-MSCA-SE. Grant Agreement 101182949. Director: Silvio Tosatto. Período: octubre de 2024–octubre de 2028. Institución acreditadora: Unión Europea. El grupo participa mediante estancias (secondments) en laboratorios del consorcio y estudios bioinformáticos del rol y la evolución de proteínas desordenadas en bacterias. Mauricio J. Lozano realiza tareas administrativas del nodo UNLP junto con el investigador responsable Antonio Lagares y es miembro de la junta directiva extendida (Extended Board Member).
- Búsqueda y estudio de determinantes bacterianos involucrados en la simbiosis fijadora de nitrógeno con alfalfa mediante aproximaciones multiómicas. Proyecto 11/X1019 (UNLP). Período: 2024–2027. Director: Gonzalo A. Torres Tejerizo. Codirector: Mauricio J. Lozano. El grupo desarrolla tareas bioinformáticas de búsqueda de genes ortólogos, dominios y proteínas, y su caracterización bioinformática y evolutiva.
- REFRACT: participación en actividades que aportan recursos para visitas de investigadores europeos.
Producción científica seleccionada
Selección de publicaciones vinculadas a las líneas y a los integrantes del grupo. Los trabajos anteriores a la reorganización conservan su procedencia institucional; una publicación compartida tiene un único registro en el catálogo.
- ColabPCR: A Validated Google Colaboratory Notebook for Reproducible and Precise Primer Design
- Scan Cluster: A versatile database-independent prediction tool for multi-genome identification of homologous gene clusters
- A study on the codon usage bias of arenavirus common genes
- A Survey of Annotated smORF-Encoded Polypeptides in Bacteria Interacting with Eukaryotic Hosts
- Identification and functional analysis of recent IS transposition events in rhizobia
- Identification of Ensifer meliloti genes required for survival during peat-based bioinoculant maturation by STM-seq
- Improved detection and phylogenetic analysis of plant proteins containing LysM domains
- Diversity, Genomics and Symbiotic Characteristics of Sinorhizobia That Nodulate Desmanthus spp. in Northwest Argentina
- Genomic analysis of Sinorhizobium meliloti LPU63, an acid-tolerant and symbiotically efficient alfalfa-nodulating rhizobia
- Analysis of SARS-CoV-2 synonymous codon usage evolution throughout the COVID-19 pandemic
- Easy identification of insertion sequence mobilization events in related bacterial strains with ISCompare
- Comparative analysis of three Bradyrhizobium diazoefficiens genomes show specific mutations acquired during selection for a higher motility phenotype and adaptation to laboratory conditions
- Codon Usage Optimization in the Prokaryotic Tree of Life: How Synonymous Codons Are Differentially Selected in Sequence Domains with Different Expression Levels and Degrees of Conservation
Los cuartiles indicados corresponden a la información proporcionada por el grupo.
Colaboraciones
- Alejandra Bosch (CINDEFI, CONICET–UNLP): genómica y adaptación de bacterias del complejo Burkholderia cepacia en fibrosis quística; codirección doctoral de Macarena Algañaras.
- Walter Draghi (IBBM, CONICET–UNLP): reprogramación metabólica de fenotipos ácido-tolerantes de S. meliloti; dirección doctoral compartida de Carlos Ulises Molfesa Kaczoruk.
- Bibiana Copotelli (CINDEFI, CONICET–UNLP): caracterización de bacterias de la Cuenca Petrolífera Neuquina; codirección del trabajo final de Octavio Ellehoj.
- Interacciones Rizobios–Soja (IBBM, CONICET–UNLP): análisis genómico de pilis tipo IV y señalización por segundos mensajeros en Bradyrhizobium con el Dr. Elías Mongiardini; evolución de los sistemas NtrBC/XY con la Dra. Silvina López García y la Dra. Florencia Del Papa, del grupo de Microbiología molecular y transducción de señales en bacterias; análisis de flagelinas de flagelos subpolar y lateral y variantes de cepas más móviles de B. diazoefficiens USDA10 con la Dra. Julia Althabegoiti.
- VACSAL (IBBM, CONICET–UNLP; Dra. Daniela Hozbor y Dra. Daniela Bottero): búsqueda bioinformática de candidatos vacunales e identificación de SEPs en Bordetella pertussis.
- Laboratorio de Biología Computacional y Data Mining (Dr. Miguel Andrade, Johannes Gutenberg University, Mainz, Alemania): beca DAAD 2026 del Lic. Gonzalo Zapata. Proyecto: Leveraging Protein Language Models to Classify smORF-Encoded Polypeptides (SEPs) by Coding Potential.
- ERGO Biotech: estudios bioinformáticos en Daucus carota.
Capacidades
Análisis de datos genómicos, comparación de genomas, búsqueda de homólogos y agrupaciones génicas, evolución de proteínas y desarrollo de herramientas computacionales. ColabPCR integra diseño de primers y comprobaciones de especificidad; su código está disponible en GitHub.
Herramientas y software
Desarrollo de STM-seq-count para procesar datos STM-seq; CUBES para estudiar el sesgo de uso de codones; ISCompare para comparar la localización de secuencias de inserción; ArchMMer para buscar proteínas homólogas con arquitecturas de dominios definidas; Scan cluster para identificar y comparar clusters genéticos; y ColabPCR para optimizar el diseño de cebadores.
Contacto
Mauricio Javier Lozano · mjlozano@biol.unlp.edu.ar