Scientific Career of Dr. Jaime Lagunez Otero

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PPT Presentation of the scientific work directed y Jaime Lagunez including those in bioinformatics (e.g. Cellulat) and compounds designed vs AIDS and breast Cancer.

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Difusion CientificaProyectos de Jaime Lagunez Otero,

1. Implementacion de Laboratorio Virtual y sistema experto para analizar comunicación intracelular.

2. Analisis de oligonucleotido para inhibir el gen de 14-3-3

3. Implementacion de Redes Neuronales evolutivas para analizar micro-arreglos en HPC.

4. Analisis de oligonucleotido para inhibir transcriptasa reversa de VIH

5. Analisis evolutivo de Secuencias de Tiempo y Secuencias Espaciales: En colaboración con el Centro Internacional de Ciencias, A.C.

6. Diseño de de oligonucleotido para inhibir el gen de p66.

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Implementacion de Implementacion de Laboratorio Virtual y Laboratorio Virtual y sistema experto para sistema experto para analizar comunicación analizar comunicación intracelular.intracelular.

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EGFR

Raf PI3KRal-GDS

14-3-3

AKT/PKB

AP1

AC

ARFATM

ATR

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Cdc2 CDC25C

cFos

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Internal SDSMiddle SDSExternalSDS

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Analisis de Analisis de oligonucleotido para oligonucleotido para inhibir el gen de inhibir el gen de 14-3-314-3-3

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                                             Industrial pollutants were first identified in the 1940s and 1950s as causes of cancer by Wilhelm Hueper, an American doctor working in the chemicals industry. Most of the industrial contaminants affecting the health of present generations did not exist before Hueper's time. Toxicopathologist Dr Vyvyan Howard informs us that, in 2004,

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19719766

Israeli study found breast cancer mortality declined after 1976 when Israeli study found breast cancer mortality declined after 1976 when organochlorine pesticides were banned or usage controlled in the country organochlorine pesticides were banned or usage controlled in the country

19719788

Israeli study showed an increased level of pesticides in breast tissues of women Israeli study showed an increased level of pesticides in breast tissues of women associated with increased incidence of breast cancer associated with increased incidence of breast cancer

19819855

Women working as professional chemists were reported to have high incidence of Women working as professional chemists were reported to have high incidence of breast cancer breast cancer

19819866

Exposure to agricultural pesticides known to cause cancer in rodents linked by US Exposure to agricultural pesticides known to cause cancer in rodents linked by US Government researchers to high incidence of human breast cancer in Nassau and Government researchers to high incidence of human breast cancer in Nassau and Norfolk counties Norfolk counties

19819877

Study of Yusho area in Japan, where population was exposed to dioxins and PCBs, Study of Yusho area in Japan, where population was exposed to dioxins and PCBs, revealed elevated breast cancer rates revealed elevated breast cancer rates

19819899

Correlation between proximity of homes to hazardous waste sites and major Correlation between proximity of homes to hazardous waste sites and major increases in breast cancer risksincreases in breast cancer risks

19919911

High levels of breast cancer reported in German pesticide plant where women High levels of breast cancer reported in German pesticide plant where women were exposed to dioxinswere exposed to dioxins

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Women exposed to chlorinated organic solvents reported to have high incidence Women exposed to chlorinated organic solvents reported to have high incidence of breast cancerof breast cancer

19919922

Women born to mothers with pre-eclampsia and therefore lower oestrogen levels Women born to mothers with pre-eclampsia and therefore lower oestrogen levels during pregnancy had significantly reduced risks of developing breast cancer during pregnancy had significantly reduced risks of developing breast cancer compared with controls. Women born to mothers with elevated oestrogen during compared with controls. Women born to mothers with elevated oestrogen during pregnancy had an increased risk of breast cancerpregnancy had an increased risk of breast cancer

19919933

Women working as hairdressers and women using hair dyes were reported to Women working as hairdressers and women using hair dyes were reported to have an excessive incidence of breast cancerhave an excessive incidence of breast cancer

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Antisentido (DNA o RNA)

Oligonucleótidos Formadores deTriplex TFO´s (DNA y/o RNA)

Ribozimas (RNA)

Ribosoma

RNAm

Proteína

Polimerasa

DNA

Oligonucleótidos Terapéuticos

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5́CCC CTC CTT TCC CTC AGA CCT CAG TTT CCC 3́

3́GGG GAG GAA AGG GAG TCT GGA GTC AAAGGG5́

5́XGGC GAG GAA ACG GAG AGA GGA CAGAAAGCG3́

N

NH2

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O

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HO OOH

CNS

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Antiparalela Hoogsteen inversa

N

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Dicroismo Circular

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Longitud de onda

Eli

pti

cid

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cm

SencillaDuplex

Triplex

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SencillaDoble

1 2 3 4

Control

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14-3-3

A431 AdrAdrOli Oli

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Implementacion de Redes Neuronales evolutivas para analizar micro-arreglos en HPC.

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. . .

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X1 X2 X3 Xn

C1 C2 Cp

Figura 3. Estructura del modelo.

conexiones

capa de entrada

capa de salida

capas ocultas

Figura 1. Estructura general de una red neuronal artificial.

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Variables y CoeficientesVariables y Coeficientes

• CVCV Coeficiente de vitalidadCoeficiente de vitalidad• RPRP Radio del centroideRadio del centroide• RoRo Radio inicialRadio inicial• gvgv Constante de decisión para eliminación por RPConstante de decisión para eliminación por RP vv Constante de decisión para eliminación por CVConstante de decisión para eliminación por CV• XX Patrón de entradaPatrón de entrada• NN Dimensión del patrón XDimensión del patrón X• Factor para modificación del CVFactor para modificación del CV• CVCV Coeficiente de vitalidad, es una medida que proporciona información acerca de que tan frecuentemente ha resultado Coeficiente de vitalidad, es una medida que proporciona información acerca de que tan frecuentemente ha resultado

ganador el centroide en cuestión, lo que se traduce en una medida de su eficacia como representativo de patrones de ganador el centroide en cuestión, lo que se traduce en una medida de su eficacia como representativo de patrones de expresión de genes.expresión de genes.Figura 3 Algoritmo de clustering no supervisadoFigura 3 Algoritmo de clustering no supervisado

•RPRP Radio del centroide, define la vecindad del centroide. Los patrones que se encuentran a una distancia del centroide Radio del centroide, define la vecindad del centroide. Los patrones que se encuentran a una distancia del centroide menor a su radio vienen clasificados por este centroide.menor a su radio vienen clasificados por este centroide.

• RoRo Radio inicial, es proporcionado por el usuario. Radio inicial, es proporcionado por el usuario.• • gvgv es el valor mínimo que puede tomar el radio, prototipos con un radio menor a este valor serán eliminados de la red. es el valor mínimo que puede tomar el radio, prototipos con un radio menor a este valor serán eliminados de la red. vv es el valor mínimo que puede tomar el coeficiente de vitalidad, prototipos con un CV menor a este valor serán es el valor mínimo que puede tomar el coeficiente de vitalidad, prototipos con un CV menor a este valor serán

eliminados de la red. eliminados de la red. • XX es el patrón de entrada y representa el vector con los valores de expresión de un mismo gene en N experimentos es el patrón de entrada y representa el vector con los valores de expresión de un mismo gene en N experimentos

realizados.realizados.• d(X,P)d(X,P) es la distancia entre el patrón de ingreso y el vector de peso del centroide, constituye el criterio usado como base es la distancia entre el patrón de ingreso y el vector de peso del centroide, constituye el criterio usado como base

para definir los cúmulos de patrones.para definir los cúmulos de patrones.• PiPi es el centroide que se está evaluando actualmente, con 1<i<n. es el centroide que se está evaluando actualmente, con 1<i<n.• WCWC cada centroide representa una clase y se indica con este valor, más de un centroide puede pertenecer a una misma cada centroide representa una clase y se indica con este valor, más de un centroide puede pertenecer a una misma

clase, estos centroides forman los cúmulos o clusters.clase, estos centroides forman los cúmulos o clusters.• CSCS al crear la neurona de salida se le asigna este valor y representa la clase asociada al cluster de la capa oculta. al crear la neurona de salida se le asigna este valor y representa la clase asociada al cluster de la capa oculta. es el factor para la modificación del CV de cada centroide.es el factor para la modificación del CV de cada centroide.

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An EvolvingAn EvolvingNeural Network for the Interpretation of Gene Expression Neural Network for the Interpretation of Gene Expression PatternsPatterns.. OMICS A Journal of Integrative Biology, Volume 9, Number OMICS A Journal of Integrative Biology, Volume 9, Number2, 2005, pages 207-215. Marquez, M.C., Gonzalez, P.P and Lagunez-Otero, J. 2, 2005, pages 207-215. Marquez, M.C., Gonzalez, P.P and Lagunez-Otero, J. (2005)(2005)

• Resumen.Resumen.• Los datos biológicos provenientes de los avances en genómica 90s Los datos biológicos provenientes de los avances en genómica 90s

se ve reflejado en los grandes bancos de información biológica con se ve reflejado en los grandes bancos de información biológica con que se cuenta, tanto de dominio público como privado. Es ahora que se cuenta, tanto de dominio público como privado. Es ahora cuando se requiere el apoyo de las herramientas de la información cuando se requiere el apoyo de las herramientas de la información que permitan extraer la mayor cantidad de conocimiento. En este que permitan extraer la mayor cantidad de conocimiento. En este trabajo [10] se presenta un modelo neuronal inteligente capaz de trabajo [10] se presenta un modelo neuronal inteligente capaz de realizar clustering no supervisado que tiene como finalidad el realizar clustering no supervisado que tiene como finalidad el aplicarlo a datos biológicos referentes a patrones de expresión de aplicarlo a datos biológicos referentes a patrones de expresión de genes, se trata de un modelo de red neuronal artificial. Los genes, se trata de un modelo de red neuronal artificial. Los resultados generados representan la clasificación de grupos de resultados generados representan la clasificación de grupos de genes en diferentes clases, acompañados de un segundo nivel de genes en diferentes clases, acompañados de un segundo nivel de clasificación representado en cada uno de los centroides que clasificación representado en cada uno de los centroides que integran los clusters representativos de cada clase. La red tiene integran los clusters representativos de cada clase. La red tiene una arquitectura que se forma libremente de acuerdo con las una arquitectura que se forma libremente de acuerdo con las necesidades de los patrones presentados.necesidades de los patrones presentados.

• Palabras clave: Inteligencia computacional, redes neuronales, Palabras clave: Inteligencia computacional, redes neuronales, expresión de genes, clustering.expresión de genes, clustering.

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Analisis de oligonucleotido para inhibir transcriptasa reversa de VIH

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Prevalencia de SIDA en el mundoPrevalencia de SIDA en el mundo

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• Patent ApplicationPatent Application• Oligoribonucleotide Inhibitor of Retroviral Reverse Oligoribonucleotide Inhibitor of Retroviral Reverse

TranscriptaseTranscriptase• Inventor:Inventor:• Jaime Lagúnez-OteroJaime Lagúnez-Otero• AsigneeAsignee

• Reference U.S. patentsReference U.S. patents• 6,132,725 6,132,725 • 5523389 Ecker et al. …. 6/1996……Inhibitors of human immunodeficiency virus5523389 Ecker et al. …. 6/1996……Inhibitors of human immunodeficiency virus• 5,176,996 Method for making synthetic oligonucleotides which bind specifically to target sites on duplex DNA molecules, by forming 5,176,996 Method for making synthetic oligonucleotides which bind specifically to target sites on duplex DNA molecules, by forming

a colinear triplex, the synthetic oligonucleotides and methods of use a colinear triplex, the synthetic oligonucleotides and methods of use • 5,175,266 Nucleosides and oligonucleosides with a phosphate-free internucleoside backbone and process for preparing the same 5,175,266 Nucleosides and oligonucleosides with a phosphate-free internucleoside backbone and process for preparing the same • 5,502,04 Potent inhibitor of HIV reverse transcriptase5,502,04 Potent inhibitor of HIV reverse transcriptase• OTHER PUBLICATIONSOTHER PUBLICATIONS• 1 Human immunodeficiency virus type-1 reverse transcription can be inhibited in vitro by oligonucleotides that target both 1 Human immunodeficiency virus type-1 reverse transcription can be inhibited in vitro by oligonucleotides that target both

natural and synthetic tRNA primers. Wei X, Gotte M, Wainberg MA : Nucleic Acids Res. 2000 Aug 15;28(16):3065-74. CIT. natural and synthetic tRNA primers. Wei X, Gotte M, Wainberg MA : Nucleic Acids Res. 2000 Aug 15;28(16):3065-74. CIT. IDS:PMID: 10931921 UI: 20392252 IDS:PMID: 10931921 UI: 20392252

• 2 Inhibition of the initiation of HIV-1 reverse transcription by 3'-azido-3'-deoxythymidine. Comparison with elongation. 2 Inhibition of the initiation of HIV-1 reverse transcription by 3'-azido-3'-deoxythymidine. Comparison with elongation. Rigourd M, Lanchy JM, Le Grice SF, Ehresmann B, Ehresmann C, Marquet R J Biol Chem. 2000 Sep 1;275(35):26944-51. CIT. Rigourd M, Lanchy JM, Le Grice SF, Ehresmann B, Ehresmann C, Marquet R J Biol Chem. 2000 Sep 1;275(35):26944-51. CIT. IDS:PMID: 10864929 UI: 20418063 IDS:PMID: 10864929 UI: 20418063

• 3 The thumb domain of the P51-subunit is essential for activation of HIV reverse transcriptase. Morris MC, Berducou C, Mery 3 The thumb domain of the P51-subunit is essential for activation of HIV reverse transcriptase. Morris MC, Berducou C, Mery J, Heitz F, Divita G Biochemistry. 1999 Nov 16;38(46):15097-103. CIT. IDS:PMID: 10563792 UI: 20031504 J, Heitz F, Divita G Biochemistry. 1999 Nov 16;38(46):15097-103. CIT. IDS:PMID: 10563792 UI: 20031504

• 4 Expression of the human immunodeficiency virus type 1 primer binding sequence inhibits HIV-1 replication. Kechli AM, 4 Expression of the human immunodeficiency virus type 1 primer binding sequence inhibits HIV-1 replication. Kechli AM, Freiden PJ, Rossi JJ, Brenner MK, Choueiry MA, Garcia JV, Slobod KS Hum Gene Ther. 1998 Mar 1;9(4):587-90. CIT. IDS:PMID: Freiden PJ, Rossi JJ, Brenner MK, Choueiry MA, Garcia JV, Slobod KS Hum Gene Ther. 1998 Mar 1;9(4):587-90. CIT. IDS:PMID: 9525319 UI: 98184231 9525319 UI: 98184231

• 5 p66/p51 and p51/p51 recombinant forms of reverse transcriptase from human immunodeficiency virus type 1--interactions 5 p66/p51 and p51/p51 recombinant forms of reverse transcriptase from human immunodeficiency virus type 1--interactions with primer tRNA(Lys3), initiation of cDNA synthesis, and effect of inhibitors. Dufour E, El Dirani-Diab R, Boulme F, Fournier M, with primer tRNA(Lys3), initiation of cDNA synthesis, and effect of inhibitors. Dufour E, El Dirani-Diab R, Boulme F, Fournier M, Nevinsky G, Tarrago-Litvak L, Litvak S, Andreola ML Eur J Biochem. 1998 Jan 15;251(1-2):487-95. CIT. IDS:PMID: 9492322 UI: Nevinsky G, Tarrago-Litvak L, Litvak S, Andreola ML Eur J Biochem. 1998 Jan 15;251(1-2):487-95. CIT. IDS:PMID: 9492322 UI: 98151286 98151286

• 6 Reverse transcriptase (RT) inhibition of PCR at low concentrations of template and its implications for quantitative RT-PCR. 6 Reverse transcriptase (RT) inhibition of PCR at low concentrations of template and its implications for quantitative RT-PCR. Chandler DP, Wagnon CA, Bolton H Jr Appl Environ Microbiol. 1998 Feb;64(2):669-77. CIT. IDS:PMID: 9464406 UI: 98125682 Chandler DP, Wagnon CA, Bolton H Jr Appl Environ Microbiol. 1998 Feb;64(2):669-77. CIT. IDS:PMID: 9464406 UI: 98125682

• 7 Phosphorothioate oligonucleotides derived from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) primer tRNALys3 are strong 7 Phosphorothioate oligonucleotides derived from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) primer tRNALys3 are strong inhibitors of HIV-1 reverse transcriptase and arrest viral replication in infected cells. El Dirani-Diab R, Sarih-Cottin L, Delord B, inhibitors of HIV-1 reverse transcriptase and arrest viral replication in infected cells. El Dirani-Diab R, Sarih-Cottin L, Delord B, Dumon B, Moreau S, Toulme JJ, Fleury H, Litvak S Antimicrob Agents Chemother. 1997 Oct;41(10):2141-8. CIT. IDS:PMID: 9333039 Dumon B, Moreau S, Toulme JJ, Fleury H, Litvak S Antimicrob Agents Chemother. 1997 Oct;41(10):2141-8. CIT. IDS:PMID: 9333039 UI: 97472169 UI: 97472169

• 8 Inhibition of HIV-1 replication using a mutated tRNALys-3 primer. Lu Y, Planelles V, Li X, Palaniappan C, Day B, Challita-Eid P, 8 Inhibition of HIV-1 replication using a mutated tRNALys-3 primer. Lu Y, Planelles V, Li X, Palaniappan C, Day B, Challita-Eid P, Amado R, Stephens D, Kohn DB, Bakker A, Fay P, Bambara RA, Rosenblatt JD J Biol Chem. 1997 Jun 6;272(23):14523-31. CIT. Amado R, Stephens D, Kohn DB, Bakker A, Fay P, Bambara RA, Rosenblatt JD J Biol Chem. 1997 Jun 6;272(23):14523-31. CIT. IDS:PMID: 9169409 UI: 97313415 IDS:PMID: 9169409 UI: 97313415

• 9 Interaction of human immunodeficiency virus type 1 reverse transcriptase with primer tRNALys3 and affinity modification 9 Interaction of human immunodeficiency virus type 1 reverse transcriptase with primer tRNALys3 and affinity modification ofof

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Diseño de oligonucleotido para inhibir el gen de p66.

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Interes por parte de los Interes por parte de los medios medios

Esta propuesta Esta propuesta consiste en un consiste en un oligonucleótido de oligonucleótido de ARN que se dirige a ARN que se dirige a la enzima la enzima trancriptasa reversa trancriptasa reversa (TR); de esta forma (TR); de esta forma es capaz de inhibir es capaz de inhibir la replicación del la replicación del virus. Los virus. Los oligonucleótidos son oligonucleótidos son fragmentos de ADN fragmentos de ADN que se dirigen a que se dirigen a puntos específicos puntos específicos de un cromosoma o de un cromosoma o de una proteína. de una proteína.

• El grupo del Dr. Lagunez Otero, del Instituto de Química de la UNAM presenta el El grupo del Dr. Lagunez Otero, del Instituto de Química de la UNAM presenta el trabajo en Australia en el 2003. Consta de emuladores de proteínas que transmiten trabajo en Australia en el 2003. Consta de emuladores de proteínas que transmiten la información intracelular y es basado en técnicas de inteligencia artificial. la información intracelular y es basado en técnicas de inteligencia artificial. Tiene la capacidad de representar cada población de “mensajeros” que controlan la Tiene la capacidad de representar cada población de “mensajeros” que controlan la expresion genetica con instancias computacionales llamadas agentes. Requirió de la expresion genetica con instancias computacionales llamadas agentes. Requirió de la colaboración de expertos en computación, bioquímica y biología molecular, colaboración de expertos en computación, bioquímica y biología molecular, utilizando cerca de 6000 líneas de código. El sistema lleva por nombre, “Cellulat” utilizando cerca de 6000 líneas de código. El sistema lleva por nombre, “Cellulat” y fue publicado por la editorial del prestigiado Instituto de de Tecnología de y fue publicado por la editorial del prestigiado Instituto de de Tecnología de Massachussetts (MIT Press). Considera el autor que será útil en la comprensión del Massachussetts (MIT Press). Considera el autor que será útil en la comprensión del genoma humano recientemente secuenciado en México. “El introducir las genoma humano recientemente secuenciado en México. “El introducir las modificaciones representando mutaciones nos ayudaría a entender etiologías de modificaciones representando mutaciones nos ayudaría a entender etiologías de enfermedades. Una vezenfermedades. Una vez implementado podria probar teóricamente sus tratamientos” implementado podria probar teóricamente sus tratamientos” explica el Doctorado en Ciencias del Instituto Weizmann. explica el Doctorado en Ciencias del Instituto Weizmann.

• El cientifico tambien dirigio la constitucion de un sistema que puede encontrar El cientifico tambien dirigio la constitucion de un sistema que puede encontrar patrones generales de expresion producto del analisis de microarreglos o “biochips” - patrones generales de expresion producto del analisis de microarreglos o “biochips” - estructuras que determinan que genes estan siendo transcritos a y “traducidos” a estructuras que determinan que genes estan siendo transcritos a y “traducidos” a proteina en momento dado. “Este sistema, ya implementado ya en estaciones de proteina en momento dado. “Este sistema, ya implementado ya en estaciones de trabajo ahora debe ser instalado en ordenadores HPC (High Performance Computing) o trabajo ahora debe ser instalado en ordenadores HPC (High Performance Computing) o “Supercomputo” indica el Dr. Lagunez “tambien tendria aplicaciones en genomica y/o “Supercomputo” indica el Dr. Lagunez “tambien tendria aplicaciones en genomica y/o proteomica”.proteomica”.

• Para los expertos en estos temas, es posible leer sobre los trabajos en los enlaces: Para los expertos en estos temas, es posible leer sobre los trabajos en los enlaces: alife.org/alife8/proceedings/sub1665.pdfalife.org/alife8/proceedings/sub1665.pdf, , http://www.liebertonline.com/doi/pdfplus/10.1089/omi.2005.9http://www.liebertonline.com/doi/pdfplus/10.1089/omi.2005.9

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Estudiantes y ColaboradoresEstudiantes y Colaboradores

Maura CárdenasMaura Cárdenas

Pedro Pablo Gonzalez, UAM Pedro Pablo Gonzalez, UAM

Adriana RamirezAdriana Ramirez

Vicente Madrid, INSPVicente Madrid, INSP

Armando Franyutti, Armando Franyutti,

Ricardo Reyes Chilpa, IQRicardo Reyes Chilpa, IQ

Octavio Rosas, Yvonne Lagunez Octavio Rosas, Yvonne Lagunez Otero, Dr. Marco Jose, Director del Otero, Dr. Marco Jose, Director del Centro Internacional de CienciasCentro Internacional de Ciencias

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