INFORME PRACTICA N°1-ALINEAMIENTO DE ADN - GRUPO 3A

1. INFORME: ELABORACIÓN DE DENDOGRAMAS A PARTIR DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS UTILIZANDO EL PROGRAMA BIOINFORMÁTICO MEGA DNA ELABORADO POR EL GRUPO 3A: 1. ESPINOZA CASTILLO, KATTYA MERCEDES 2. MAMANI CONDORI, NOEMI 3. PAYE ZEBALLOS, FRESIA DEL CARMEN 4. URIBE SILVA, SUSAN MELANIA ILO - PERÚ 2023 DOCENTE: DR. HERBERT HERNAN SOTO GONZALES

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “Año de la unidad, la paz y el desarrollo” BIOTECNOLOGÍA VII CICLO PRÁCTICA N°1 ELABORACIÓN DE DENDOGRAMAS A PARTIR DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS UTILIZANDO EL PROGRAMA BIOINFORMÁTICO MEGA DNA ELABORADO POR GRUPO 3A: ESPINOZA CASTILLO, KATTYA MERCEDES MAMANI CONDORI, NOEMI PAYE ZEBALLOS, FRESIA DEL CARMEN URIBE SILVA, SUSAN MELANIA ILO-PERÚ 28-04-2023

3. INDICE 1INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 3 2OBJETIVOS ............................................................................................................................ 4 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 4 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS......................................................................................... 4 2.2 3MARCO TEORICO ............................................................................................................... 4 MEGA DNA .................................................................................................................. 4 3.1 APLICACIONES DEL MEGA DNA EN LA INGENIERÍA AMBIENTAL ................ 5 3.2 DENDOGRAMA ........................................................................................................... 5 3.3 ARBOL FILOGENETICO ............................................................................................ 6 3.4 DIBUJO A MANO DE LA ESTRUCTURA DEL ADN ............................................... 7 3.5 4METODOLOGÍA ................................................................................................................... 7 RECURSOS MATERIALES Y EQUIPOS.................................................................... 7 4.1 5PROCEDIMIENTO ............................................................................................................... 9 6RESULTADOS ...................................................................................................................... 15 7CONCLUSIONES ................................................................................................................ 16 8RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 16 9BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 17

4. INDICE DE FIGURAS Estructura de un dendograma ................................................................................. 5 Figura 1. Representación de ancestros y especies actuales .................................................... 6 Figura 2. Ubicación de la estructura de partes de un dendograma ........................................ 6 Figura 3. Representación artística de la estructura del ADN ................................................. 7 Figura 4. Árbol filogenético propio (Generado en MEGA DNA) ....................................... 15 Figura 5. Figura 6. Árbol filogenético extraído del artículo de investigación “Biodegradación de fenol en aguas tratadas de la industria petrolera para re-uso en cultivos agrícolas” ............................... 16

5. 1 INTRODUCCIÓN El presente informe tiene como objetivo presentar el análisis de los resultados obtenidos a partir de la elaboración de Dendogramas dados por artículos científicos, tales como "Biodegradación de fenol en aguas tratadas de la industria petrolera para re-uso en cultivos agrícolas por Sergio Pardo- Díaz" y de la aplicación de programas bioinformáticos como el MEGA DNA. El estudio elegido fue hecho por la ecotoxicidad que traen los fenoles y sus compuestos relacionados ya que interfieren con el equilibrio del ecosistema y llegan a afectar las vías biogeoquímicas de la materia orgánica y en el reciclaje de nutriente (Contreras, Albertario, Bertola, & Zaritzky, 2008; Cordova Rosa et al., 2009s). Es por eso que para evitar opciones de alto costos y producción de otros compuestos tóxicos, se prefiere elegir una mejor alternativa como la Biorremediación y de acuerdo a sus propiedades se ha considerado como herramienta importante para aislar y caracterizar bacterias con potencial degradador de fenol y evaluar su capacidad de degradación en aguas residuales tratadas de la explotación de petróleo para re-uso en cultivos agrícolas (Geng Soh, Lim, & Loke, 2006; Kotresha & Vidyasagar, 2007; Yang & Lee, 2007; Dong, Hong, He, Jiang, & Li, 2008; Cordova-Rosa et al., 2009; Mohite, Jalgaonwala, Pawar, & Morankar, 2010). Tal es el motivo, que debido al estudio manejado se procedió a realizar un análisis filogenético basado en las secuencias de las cepas degradadoras de fenol y especies relacionadas. Así que, como parte del desarrollo y construcción del árbol se dió uso de programas bioinformáticos como el MEGA DNA (The Molecular Evolutionary Genetics Analysis). La bioinformática como disciplina usa tecnologías de la información para captar, organizar, analizar y aportar información biológica con el propósito de responder dudas complejas en biología. Sin embargo guarda su objetivo final que consiste en utilizar aquella información para

6. desarrollar nuevas formas o técnicas de tratar, curar y prevenir los impactos que afligen a la sociedad, medio ambiente y economía. En resumen, se elaboró y obtuvo el alineamiento de las muestras insertadas en el MEGA DNA para luego formar el Árbol Filogenético y observar las similitudes y diferentes rasgos donde se puede ver a las especies relacionadas con otros genes de tipo bacterias. Cabe agregar que parte de la metodología empleada de investigación realizada en este trabajo es con el propósito de poder identificar el árbol filogenético. 2 OBJETIVOS 2.1OBJETIVO GENERAL ❖ Analizar los resultados dados a partir de la elaboración de dendogramas gracias al programa Bioinformático MEGA DNA y de artículos científicos. 2.2OBJETIVOS ESPECÍFICOS ❖ Aprender el uso y manejo del programa MEGA DNA. ❖ Generar un Dendograma. ❖ Manipular secuencias de ADN. 3 MARCO TEORICO 3.1MEGA DNA MEGA (Análisis genético evolutivo molecular) es un software de computadora una herramienta integrada para la alineación de secuencias automática y manual. Asimismo, para realizar la estimación de tasas de evolución molecular y la prueba de hipótesis evolutivas, además de la inferencia y construcción de árboles filogenéticos, la extracción de bases de datos basadas en la web. Incluye muchos métodos y herramientas sofisticadas para filogenómica y filomedicina.

7. 3.2APLICACIONES DEL MEGA DNA EN LA INGENIERÍA AMBIENTAL •Identificación de microorganismos a través de sus codificaciones, para luego obtener su respectiva secuencia de ADN y conocer su origen (Ancestros) hasta las especies actuales. •Identificación de factores ambientales, que afectaron en la evolución de especies microscópicas a partir de la obtención de un árbol filogenético refleja cómo las especies u otros grupos evolucionaron a partir de una serie de ancestros comunes. •Determinación del hábitat de microorganismos, para posteriormente aplicarlos en un determinado espacio geográfico para el beneficio del medio ambiente. 3.3DENDOGRAMA El dendrograma es un tipo de representación gráfica o diagrama de datos en forma de árbol. Este tipo de representación permite apreciar claramente las relaciones de agrupación entre los datos e incluso entre grupos de ellos, aunque no las relaciones de similitud o cercanía entre categorías. El nivel de similitud se mide en el eje vertical (alternativamente se puede mostrar el nivel de distancia) y las diferentes observaciones se especifican en el eje horizontal. Figura 1.Estructura de un dendograma

8. 3.4ARBOL FILOGENETICO Un árbol filogenético es un diagrama que representa las relaciones evolutivas, es decir, la historia evolutiva y las asociaciones entre especies. Los árboles filogenéticos son hipótesis, no hechos definitivos, a través de ella estamos representando nuestra mejor hipótesis sobre cómo evolucionó un conjunto de especies (u otros grupos) a partir de un ancestro común, esta hipótesis se basa en la información que hemos recopilado acerca de nuestro conjunto de especies, cosas como sus características físicas y la secuencia de ADN de sus genes. Figura 2.Representación de ancestros y especies actuales Figura 3.Ubicación de la estructura de partes de un dendograma

9. 3.5DIBUJO A MANO DE LA ESTRUCTURA DEL ADN Figura 4.Representación artística de la estructura del ADN 4 METODOLOGÍA 4.1RECURSOS MATERIALES Y EQUIPOS •HARDWARE: Se refiere a la parte física de un ordenador o sistema informático. Es decir, un dispositivo que contenga los suficientes softwares para un buen funcionamiento o uso. Por ejemplo, una computadora o una laptop. •SOFTWARE MEGA: MEGA o Análisis Genético Evolutivo Molecular es un software informático para realizar análisis estadísticos de la evolución molecular y para construir árboles filogenéticos. Incluye muchos métodos y herramientas sofisticadas para la

10. filogenómica y la fitomedicina. Es recomendable tener la versión reciente porque contiene todas las mejoras del software. •INTERNET: Es una red de computadoras que se encuentran interconectadas a nivel mundial para compartir información. Esta red es muy importante ya que nuestro software trabaja a partir de ella para obtener la información genética. •PÁGINA NCBI: NCBI o Centro Nacional para la Información Biotecnológica es parte de la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Es muy importante para el desarrollo del árbol filogenético, ya que alberga genoma secuenciado en GenBank, y un índice de los artículos biomédicos de investigación en PubMed Central y PubMed, así como otra información relevante a la biotecnología . •ARTÍCULO CIENTÍFICO: Para recolectar la información de los códigos genéticos de las distintas especies, recurrimos al siguiente artículo de investigación.

11. 5 PROCEDIMIENTO •Primero, se debe recolectar información del artículo científico brindado. En éste utilizan las secuencias de 16S rDNA de las cepas degradadoras de fenol y especies relacionadas, en donde usaremos los códigos de diferentes nucleótidos pertenecientes al gen 16S rDNA. •Para empezar a desarrollar nuestro árbol filogenético, abrimos la aplicación MEGA, nos vamos a la barra de herramientas y seleccionamos “Aling”. •Luego, haremos click en “Show Web Browser” en donde nos redirigirá a la página NBCI (National Center for Biotechnology Information)

12. •Después, cambiamos la búsqueda a “Nucleotides”, agregamos el código del nucleótido requerido y le hacemos click en “Search”. •Continuamos haciendo click en la cepa buscada, despues click en “Add to Aligment” y por último en “OK”

13. •Continuar con el mismo proceso para añadir todas las demás cepas. •Cuando ya añadimos las cepas requeridas, hacemos click en el icono del brazo, seleccionamos “Align DNA” y ponemos “OK”.

14. •Al terminar el proceso de alineamiento, nos mostrará espacios entre los nucleótidos de las distintas especies. Es por ello que, seleccionando los espacios vacíos, pulsamos en el icono de la “X” para eliminarlos.

15. •Luego de tener los nucleótidos de cada especie perfectamente alineados, procedemos a exportar el alineamiento pulsando en la barra de herramientas a “Data”, luego “Export Alignment” y por último “FASTA Format”. •Después, le damos un nombre al archivo y lo guardamos en formato FASTA. •Por último, nos vamos a la barra de herramientas, seleccionamos “PHYLOGENY” y seguidamente “Construct/Test Neighbor”

16. •Al finalizar, cargamos el archivo guardado y nos aparecerán ventanas emergentes en las que tenemos que seleccionar las siguientes opciones para que nos muestre nuestro árbol filogenético.

17. 6 RESULTADOS •Como resultados, tenemos al árbol filogenético de las cepas del gen 16S. En el artículo de investigación se aislaron 8 cepas del gen: en muestras de biopilas (Sps1, Sps2, Sc3, Sc5) y en las muestras de suelo de cultivos agrícolas (ECO1P, ECO2P, Fenol2C y FenolP). Gracias a la obtención del árbol filogenético; en donde se evidenció que la agrupación de la mayoría de las cepas aisladas fue asociadas al género de las Pseudomonas, siendo éste el género más recomendable para la degradación de hidrocarburos, compuestos aromáticos, y sus derivados. Además, denota una gran presencia de las Gammaproteobacterias siendo estas gram-negativas confirmando estudios en donde le atribuyen una gran importancia médica, ecológica y científica. Cabe resaltar que en la elaboración de nuestro árbol filogenético, identificamos un error en el código en la especie de Pseudomona Entomophila; por lo cual, no fue considerada. Figura 5.Árbol filogenético propio (Generado en MEGA DNA)

18. Figura 6.Árbol filogenético extraído del artículo de investigación “Biodegradación de fenol en aguas tratadas de la industria petrolera para re-uso en cultivos agrícolas” 7 CONCLUSIONES Podemos concluir que la tecnología es hoy en día una herramienta indispensable para el estudio y facilitación de elaboración de secuencias genéticas. El empleo de softwares como el utilizado en el presente trabajo (Mega DNA), hicieron que pudiéramos plasmar los genes en un solo árbol filogenético, para poder simplificar un determinado organismo, como el caso del artículo previamente seleccionado y estudiado, donde tratamos de duplicar el árbol filogenético. De acuerdo a nuestro árbol filogenético, concluimos que, el género de Pseudomonas, dentro de la mayoría de las 8 cepas, es el más idóneo en la degradación aeróbica por hidrocarburos. 8 RECOMENDACIONES Con respecto al programa, se recomienda contar con un internet estable conectado a la laptop/computadora, para de esta forma se pueda trabajar eficazmente y continuamente, por otro lado, se recomienda revisar los números del código, ya que cada organismo se diferencia con uno y se debe tener cierto cuidado al momento de digitarlos para que nos aparezca en el sistema el organismo que queremos agregar a nuestro árbol filogenético. Finalmente se recomienda trabajar

19. en un ambiente que sea propicio el estudio, para el correcto manejo del software empleado como MEGA DNA. 9 BIBLIOGRAFÍA •Contreras, E. M., Albertario, M. E., Bertola, N. C., & Zaritzky, N. E. (2008). Modelling phenol biodegradation by activated sludges evaluated through respirometric techniques. Journal of Hazardous Materials, •Geng, A., Soh, A. E. W., Lim, C. J., & Loke, L. C. T. (2006). Isolation and characterization of a phenoldegrading bacterium from an industrial activated sludge. Applied Microbiology and Biotechnology, 71(5), 728-35. 158(2-3), 366-74. •Sudhir Kumar, Masatoshi Nei, Joel Dudley, Koichiro Tamura, MEGA: A biologist-centric software for evolutionary analysis of DNA and protein sequences, Briefings in Bioinformatics, Volume 9, Issue 4, July 2008, Pages 299–306, https://doi.org/10.1093/bib/bbn017 •Kumar S, Dudley J. Bioinformatics software for biologists in the genomics era, Bioinformatics, 2007, vol. 23 (pg. 1713-7) •Saitou N, Nei M. The neighbor-joining method – a new method for reconstructing phylogenetic trees, Mol Biol Evol, 1987, vol. 4 (pg. 406-25) •Kumar S, Tamura K, Nei M. MEGA: Molecular Evolutionary Genetics Analysis software for microcomputers, Comput Appl Biosci, 1994, vol. 10 (pg. 189-91) •Árboles filogenéticos. (n.d.). Khan Academy. Retrieved April 25, 2023, from https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/natural- selection/phylogeny/a/phylogenetic-trees •Costa, E. A., Finger, C. A. G., Fleig, F. D., Hess, A. F., & Marangon, G. P. (2016). DENDROGRAMA DE MANEJO DA DENSIDADE PARA UMA FLORESTA

20. INEQUIÂNEA DE ARAUCÁRIA. Floresta, 46(2), 173. https://doi.org/10.5380/rf.v46i2.43449