Federico David Brown Almeida.

O Massachusetts Institute of Technology está entre as melhores universidades em carreiras científicas do mundo, e a USP está entre as melhores do Brasil. O curso de ciências moleculares da USP já recebeu alunos do MIT no passado, por meio do programa MISTI MIT-Brasil que cumpre já uma década de existência (https://misti.mit.edu/mit-brazil). Este programa oferece aos alunos do MIT a oportunidade de viajar para o Brasil e fazer pesquisas em laboratórios anfitriões. Os alunos do CCM também já viajaram para Boston e ganharam experiência em pesquisa de graduação em colaboração com vários laboratórios anfitriões de lá. Assim, o benefício de manter um relacionamento próximo entre ambas as instituições é claramente benéfico para ambas as partes, e esperamos continuar a incentivar a aproximação entre nossos alunos e colegas.

Por quase sessenta anos, ascídias coloniais (principalmente Botryllus schlosseri) têm sido usadas como modelos de laboratório para o estudo do origem dos cordados, incluindo a evolução do sistema imune e aloreconhecimento, bem como diferentes aspectos da biologia animal colonial, incluindo reprodução assexuada, brotamento (i.e. blastogénese), regeneração, ou transmissão e parasitismo de células tronco somáticas e germinativas adultas. Apesar da vasta quantidade de pesquisas sobre biologia do desenvolvimento em B. schlosseri, os protocolos para transgênese e mutagênese têm dificultado os estudos de regulação e função genica. As ascídias coloniais têm fertilização interna e criam seus embriões impedindo o fácil acesso aos ovos ou ao embrião de 1 célula para eletroporação e microinjeção. Para esta proposta, planejo gerar um protocolo para transgênese em ascídias coloniais por: (i) microinjeção da construção gênica diretamente em ovos da colônia ou embriões de 1 célula, e (ii) eletroporação de células-tronco germinativas circulatórias em extratos celulares de colônias; e planejo gerar linhas mutantes de ascídias coloniais por: (iii) uma triagem mutante de autofecundação, (iv) uma forward genetic screen baseada em ENU ou radiação, ou (iv) CRISPR para nocautes direcionados de genes. Pesquisas futuras e novas descobertas em biologia do desenvolvimento usando ascídias coloniais serão diretamente beneficiadas pelos avanços técnicos delineados nesta proposta. Para nosso conhecimento, esta é a primeira tentativa de gerar linhas transgênicas e mutantes estáveis para qualquer animal colonial, e o laboratório Tiozzo está atualmente na vanguarda do desenvolvimento dessas ferramentas.

A capacidade de se reproduzir por clonagem por brotamento está relacionada com o extraordinário potencial de regeneração em cordados marinhos com formas de vida sedentário e colonial, por exemplo nos tunicados. Tunicados mostram alguns exemplos notáveis de como a evolução de modos alternativos de reprodução, sexuada e assexuada, contribuem para a diversidade geral de formas e adaptações de habitat em ecossistemas marinhos. A clase Ascidiacea é caracterizada por tamanhos diferentes, formas, e organização colonial. Além formas solitárias, em que a reprodução sexual é a única forma de propagação, espécies de ascídias coloniais evoluíram independentemente estratégias reprodutivas altamente diferentes, ou seja reprodução assexuada por meio de tipos distintos de brotação. Proponho estudar mecanismos de brotamento em colónias de Styelidae com diferentes graus e potenciais de regeneração. Usaremos taxa adicional e novas abordagens para tentar resolver relações filogenéticas da família Styelidae a fim de mapear estados intermediários de transições do desenvolvimento durante a evolução das estratégias de brotamento. Vamos adoptar uma abordagem ecológica e morfológica para descrever detalhes anatômicos e de desenvolvimento de processos de brotamento e para testar as condições ambientais associadas a determinados modos de brotamento em cada espécie. Ao reconstruir a mudança do desenvolvimento durante a evolução da brotação neste grupo, pretendemos elucidar os mecanismos básicos do desenvolvimento de células progenitoras e tecidos envolvidos nessa transição. Em seguida, vamos lançar uma abordagem genômica comparativa, a fim de proporcionar uma melhor compreensão de uma grande transição evolutiva, especificamente a evolução da propagação assexuada a partir de um ancestro sexual. Estudos genômicos em três espécies de styelid, em conjunto com a caracterização do transcriptoma de células-tronco derivadas do sangue nos permitirá identificar mecanismos de regulação de genes responsáveis pela evolução da regeneração e da brotação neste grupo. Estes estudos fornecem um quadro eco-evo-devo para entender como transições evolutivas a reprodução assexuada, clonalidade e colonialidade ocorreu em nosso próprio filo.

Recientemente se ha avanzado en el secuenciamento de genomas de varias especies en especial de aquellas modelo para estudiar la biolog´ıa evolutiva del desarrollo como es el caso del tunicado Didemnum vexillum. Las anotaciones de este genoma y su secuenciamiento se encuentran en procesode consolidación por investigadores del Museo Nacional Naturalis de Historia Natural y del Instituto de Biología de la Universidad de Leiden, Holanda. Por medio de la presente propuesta aportaremos
la informaci´on asociada a la anotaci´on de regiones que codifican para RNAs no codificantes. Esta propuesta se formula para completar la anotación genómica de esta especie por medio de la integración de la información de homología a nivel de secuencia primaria, de estructura secundaria de especies relacionadas. Las actividades que permitir´an lograr este objetivo se basan en la identificación de regiones hom´ologas a genes de RNAs no codificantes conocidos en especies relacionadas, su validación utilizando modelos que incorporan conceptos de alinemaiento de estructuras secundarias y primarias y la identificación de novo de regiones genómicas estructuradas. Los resultados de las tres aproximaciones serán integrados para aportar la lista de candidatos con información estad´ıstica que indique la confibilidad de la anotación del genoma de la especie D. vexillum. Estos resultados aportarán al conocimiento de la ubicación genómica de este importante tunicado en la biología
evolutiva del desarrollo.

Observar comportamientos de gusanos (C. elegans) sometidos a un cambio de aceleración aproximado a 10 veces la gravedad de la tierra en un laboratorio biológico dentro de un cohete propulsado mediante combustible sólido. Además, se probará efectos del vuelo de corta duración sobre el estrés y longevidad de la cepa referencia y cepas mutantes.
Link: https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision16

La capacidad de regeneración de los tejidos en distintos grupos taxonómicos por medio de células progenitoras, es una característica de muchos grupos de animales en la naturaleza. Aunque en los últimos años se ha avanzado en el entendimiento de los mecanismos de regulación de este proceso, gracias a modelos experimentales como gusanos planos de agua dulce, algunas preguntas evolutivas de si la regeneración representa una característica adaptativa, un mecanismo de defensa o reproducción, o si es un proceso homólogo entre los diferentes grupos de metazoos, todavía siguen sin ser resueltas. Los gusanos planos, pertenecientes al phylum Platyhelminthes, presentan un sistema de células madre llamado neoblastos, que les proporciona la capacidad de regeneran tejidos y órganos perdidos, e incluso pueden generar un animal completo a partir de un fragmento diminuto del animal. Sin embargo, algunos grupos del phylum han mostrado no tener ninguna habilidad regenerativa, mientras que en otros, esta capacidad se ha visto limitada o restringida por ciertos factores, a pesar de poseer el mismo sistema de células madre. Este último es el caso de los policládidos, un grupo de gusanos planos marinos, que requieren la presencia del cerebro para la regeneración de las partes del cuerpo. Este proyecto, propone el estudio de los procesos de regeneración en la especie de policládido Boninia divae, por medio de la identificación de los neoblastos en el cuerpo de los animales, su proliferación o migración durante la restauración de los nuevos tejidos. Así mismo, se probará a nivel celular y molecular el vínculo entre la presencia del cerebro y la inducción de la proliferación de neoblastos durante la regeneración mediante amputación cefálica incluyente y cefálica excluyente. Se investigará la expresión de algunos genes como piwi, bruno y slit durante la regeneración y su relación con el sistema nervioso. Cabe resaltar que estudios de biología del desarrollo son pioneros en Colombia y que resultados de este estudio nos permitirían contribuir con conocimiento básico para aplicaciones en la medicina regenerativa y la bioingeniería.

La regeneración en algunos vertebrados puede reemplazar tejidos, órganos o partes del cuerpo tras una lesión. En las ascidias coloniales (= urocordados o tunicados), que son los invertebrados más cercanamente relacionados a los vertebrados (incluyendo a los humanos), se pueden regenerar cuerpos o individuos enteros a partir de células disgregadas después de una mutilación. Capacidades regenerativas de ésta naturaleza sólo han sido descritas en animales muy distantes, cómo en la Hydra (Cnidaria) o en planarias (Platyhelminthes). Aprovechando la diversidad biológica del Ecuador, el objetivo principal de la estancia es la colección y descripción de ascidias en la costa ecuatoriana para realizar un estudio comparativo de las capacidades regenerativas de las especies encontradas.

The evolution of life history specializations is generally associated to novel modifications in developmental mechanisms. How do these modifications arise and what genetic basis is involved in the changes? To what extent will developmental modifications lead to the evolution of new life history strategies? To address these questions, I propose to study genetic and neural factors that influence the stage specific behavior of ?winken? or waving in nematodes, which has been associated to the survival of the species. During harsh conditions, many species undergo an alternative developmental juvenile stage referred to as dauer, in which specialized juvenile characteristics, e.g. high lipid storage or strong cuticle, develop in the juvenile for endurance. ?Winken? or waving, a stand-and-wave behavior - falsely referred to as ?nictation? - occurs exclusively during the dauer stage nematodes when exposed to sand or irregular substrates. Nematodes are amenable to studies of behavior and neurobiology due to the simplicity and detailed descriptions of the nervous system. In C. elegans, behaviors, such as food response or egg-laying, have been assigned to the control of specific neurons and receptors. Here I propose to study ?winken? behavior in P. pacificus, a model system amenable for developmental, evolutionary and ecological studies, both at the genetic and neuronal levels.

La evolucion de adaptaciones en las estrategias de ciclos vitales (?life histories?) de los organismos generalmente están asociadas a cambios en el desarrollo. A continuación propongo el estudio de dos proyectos diferentes, uno de evolución del comportamiento en gusanos cilíndricos y otro de evolución de células madre y regeneración en tunicados coloniales. Estos cambios son fundamentales para las adaptaciones de los ciclos vitales en su respectivo grupo, en el primer caso, relacionado a la supervivencia y en el segundo, a la reproducción.