Comprender cómo nuestro cerebro produce diferentes comportamientos para responder adecuadamente a miles de estímulos sociales es una pregunta crucial en la neurociencia moderna. En general, los comportamientos están mediados por cambios en la actividad neuronal en el cerebro. Cuando se percibe un estímulo externo, se desencadenan rápidos cambios en la expresión de cientos de genes (la respuesta neuro genómica), que generan actividad neuronal.
Nuestro programa de investigación tiene como objetivo comprender la respuesta neuro genómica subyacente al comportamiento social y los trastornos del comportamiento social. Estudiamos cómo se activan y desactivan los genes en diferentes partes del cerebro en respuesta a diferentes estímulos sociales y de apareamiento, y cómo las diferencias individuales en capacidades cognitivas pueden afectar el procesamiento de los estímulos sociales en el cerebro. Realizamos nuestra investigación en el guppy Poecilia reticulata, un pez de agua dulce muy social, y por ende un modelo experimental ideal para el estudio del comportamiento social.
Nuestra investigación tiene como objetivo generar un modelo coherente e integrativo de los mecanismos moleculares detrás del comportamiento social y los trastornos del comportamiento social, ayudándonos a descubrir cómo nuestro cerebro es capaz de producir diferentes comportamientos en respuesta a estímulos sociales siempre cambiantes.
Guppys
Genética comportamental
Al centrarnos en las diferencias en la respuesta neurogenómica asociada con estímulos sociales y de apareamiento precisos en guppies, hemos identificado vías genéticas que cambian a través de contextos sociales en diferentes componentes del cerebro (1,2). Continuaremos investigando estas redes de genes en detalle para comprender su dinámica espacio-temporal específica del contexto y sus principales reguladores de genes.
1. De: Bloch et al. 2018. Prueba de comportamiento que expone a los guppies a diferentes contextos sociales.
2. De: Bloch et al. 2018. La red de expresión cerebral guppy solía comprender las conexiones entre genes en diferentes contextos sociales.
Referencias:
1. Bloch NI, Corral-López A, Buechel SD, Kotrschal A, Kolm N, Mank JE. 2020. Different mating contexts lead to extensive rewiring of female brain coexpression networks in the guppy. Genes, brain and behavior, In press. https://doi.org/10.1111/gbb.12697
2. Bloch NI, Corral-López A, Buechel SD, Kotrschal A, Kolm N, Mank JE. 2018. Early neurogenomic responses in the sensory-processing and decision-making brain components associated with variation in guppy female mate preferences. Nature Ecol. Evol, 2 (11), 1772. doi: 10.1038/s41559-018-0682-4.
3. Corral-López A, Bloch NI, Kotrschal A, van der Bijl W, Buechel SD, Mank JE, Kolm N. 2017. Female brain size affects the assessment of male attractiveness during mate choice. Science Advances 3 (3), e1601990.
Edición génica
Para ir más allá de la caracterización y evaluar la función precisa de los genes identificados como reguladores prometedores del comportamiento social, confiamos en los avances recientes en la edición del gen CRISPR-Cas9. Estos métodos permiten interrogar la función de genes en el cerebro adulto, proporcionando una oportunidad sin precedentes para aventurarse en la edición de genes en un modelo pertinente y original para el estudio del comportamiento social. Estamos adaptando los protocolos de microinyección y CRISPR-Cas9 para eliminar genes cuidadosamente seleccionados en el cerebro guppy.
Evolución del comportamiento de apareamiento, cognición y rasgos sexuales
Investigamos la relación entre la cognición del comportamiento de apareamiento y la neuroanatomía, como mecanismos fundamentales que subyacen al comportamiento social. Hacerlo nos ayudará a comprender el papel que tienen estos factores en la evolución de la conducta social y los mecanismos precisos que median esta relación. ¿Las personas más inteligentes se comportan de manera diferente con respecto a sus conespecíficos? ¿Eligen compañeros de una manera diferente? Combinamos estudios de campo y pruebas de comportamiento de laboratorio para evaluar cómo el tamaño del cerebro y la neuroanatomía varían en relación con los comportamientos sociales, en diversas poblaciones de guppy en Colombia.
Evaluación de terapias de Parkinson basadas en CRISPR / Cas9
Los tratamientos farmacológicos actuales para la enfermedad de Parkinson solo han logrado controlar algunos de los síntomas y tienen una gran cantidad de efectos secundarios negativos, incluida la discinesia. La terapia génica ha surgido como un tratamiento con el potencial de atenuar permanentemente los síntomas de la enfermedad de Parkinson. Hemos desarrollado un vehículo de entrega CRISPR-Cas9 eficiente para evaluar el potencial de la edición de genes para corregir las patologías asociadas con la enfermedad de Parkinson. Estamos apuntando a los genes en las vías biológicas de las células afectadas por la enfermedad de Parkinson, con el fin de evaluar el efecto de modificar su expresión en líneas celulares neurales y el potencial de estos genes como objetivos para futuras terapias génicas de la enfermedad de Parkinson. Este proyecto es una colaboración con los profesores C. Muñoz, JC. Cruz y LH. Reyes en la Universidad de Los Andes y el profesor J. Sutachán y S. Albarracín en la Universidad Javeriana.
Evolución de la visión
Como los animales ven el mundo ha sido una pregunta que a apasionado a los científicos durante décadas. Las aves en particular son animales altamente visuales y sus plumajes son ejemplos de los colores mas extremos del mundo natural. Aun así, entendemos relativamente poco de su visión, incluyendo la fisiología del sistema visual de las aves, y como perciben y discriminan colores.
Las opsinas son las proteínas encargadas de capturar los fotones que llegan a la retina y así iniciar la cascada de eventos que traducen esta señal sensorial al cerebro. Existen diferentes familias de opsinas, sensibles a diferentes partes de espectro. Los humanos (con visión normal) tienen tres opsinas en su retina, porque lo que tienen visión tricromática. Las aves en cambio son animales tetracromáticos, es decir que posen 4 tipos de opsinas en su retina. Mas allá de las opsinas presentes en la retina, hay muchos aspectos del sistema visual de las aves que no se han investigado.
Nos interesa utilizar modelos perceptuales en aves para entender como diversos componentes su sistema de visión que no hemos estudiado podrían afectar la manera como perciben y discriminan colores. Buscamos integrar lo que sabemos sobre la fisiología y las propiedades ópticas de las opsinas en aves para crear modelos integrativos de visión en aves. Esto tiene importantes implicaciones en nuestro entendimiento de la evolución de los colores en la naturaleza, y del sistema visual de las aves.
Esta línea de investigación se desarrolla en colaboración con el profesor Daniel Cadena (Ciencias Biológicas) y Prof. Trevor Price (University of Chicago), e incluye el proyecto de tesis de maestría de María Alejandra Meneses.
Referencias:
Price TD, Stoddard MC, Shevell SK, Bloch NI. 2019. Understanding how neural responses contribute to the diversity of avian colour vision. Animal Behavior, 155, 297-305. doi: 10.1016/j.anbehav.2019.05.009
Neurobiologia del estrés
El estrés puede tener efectos importantes en la fisiología y diversos trastornos psiquiátricos, incluyendo el estrés postraumático. Es importante entender la relación entre el estrés y diversos procesos fisiológicos, comportamentales, así como los mecanismos moleculares que se ven alterados en situaciones de estrés. De esta manera podríamos entender el impacto del estrés en proceso regenerativos y las bases neurobiológicas de desordenes comportamentales como los trastornos de ansiedad y el estrés postraumático.
Además de ser excelentes modelos para estudios moleculares y genéticos, los peces nos permiten hacer estudios precisos de comportamiento, y como se ve alterado por el estrés y mutaciones en proteínas candidatas en su regulación.
Esta línea de investigación se desarrolla en colaboración con la profesora Verónica Akle de medicina, e incluye los proyectos de tesis de Angie Henríquez y Felipe Guillen entre otras.
Reyes, A. S., Bittar, A., Ávila, L. C., Botia, C., Esmeral, N. P., & Bloch, N. I. (2022). Divergence in brain size and brain region volumes across wild guppy populations. Proceedings of the Royal Society B, 289(1981), 20212784.
Henríquez Martínez, A., Ávila, L. C., Pulido, M. A., Ardila, Y. A., Akle, V., & Bloch, N. I. (2022). Age-Dependent Effects of Chronic Stress on Zebrafish Behavior and Regeneration. Frontiers in Physiology, 785.
Archila, P. A., Restrepo, S., de Mejía, A. M. T., Rueda-Esteban, R., & Bloch, N. I. (2022). Fostering instructor-student argumentative interaction in online lecturing to large groups: a study amidst the Covid-19 pandemic. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 19(1), 110101-110116.
Archila, P. A., Restrepo, S., Truscott de Mejía, A. M., & Bloch, N. I. (2022). Drama as a Powerful Tool to Enrich Socio-scientific Argumentation. International Journal of Science and Mathematics Education, 1-23.
Mejía, G., Bloch, N., & Arbelaez, P. (2022, September). CanDLE: Illuminating Biases in Transcriptomic Pan-Cancer Diagnosis. In Computational Mathematics Modeling in Cancer Analysis: First International Workshop, CMMCA 2022, Held in Conjunction with MICCAI 2022, Singapore, September 18, 2022, Proceedings (pp. 68-77). Cham: Springer Nature Switzerland.
2021
Arango, D., Bittar, A., Esmeral, N. P., Ocasión, C., Muñoz-Camargo, C., Cruz, J. C., ... & Bloch, N. I. (2021). Understanding the Potential of Genome Editing in Parkinson’s Disease. International Journal of Molecular Sciences, 22(17), 9241.
2020
Bloch NI, Corral-López A, Buechel SD, Kotrschal A, Kolm N, Mank JE. 2020. Different mating contexts lead to extensive rewiring of female brain coexpression networks in the guppy. Genes, brain and behavior, In press. https://doi.org/10.1111/gbb.12697..
Rapid evolution of coordinated and collective movement in response to artificial selection. A Kotrschal, A Szorkovszky, JH Read, N Bloch, M Romenskyy, SD Buechel, A Fontrodona, L Sanchez, H Zeng, A LeFoll, G Braux, K Pelckmans, JE Mank, D Sumpter, N Kolm. bioRxiv (pdf).
2019
Darolti I, Wright AE, Sandkam BA, Morris J, Bloch NI, Farré M, Fuller RC, Bourne GR, Larkin DM, Breden F, Mank JE. 2019. Extreme heterogeneity in sex chromosome differentiation and dosage compensation in livebearers. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 116(38), 19031. doi: 10.1073/pnas.1905298116 (pdf).
Höglund J, Mitkus M, Olsson P, Lind O, Drews A, Bloch NI, Kelber A, Strandh M. 2019. Owls lack UV-sensitive cone opsin and red oil droplets, but see UV light at night: retinal transcriptomes and ocular media transmittance. Vision Research 7 (158), 109-119. doi: 10.1016/j.visres.2019.02.005. (pdf).
Price TD, Stoddard MC, Shevell SK, Bloch NI. 2019. Understanding how neural responses contribute to the diversity of avian colour vision. Animal Behavior, 155, 297-305. doi: 10.1016/j.anbehav.2019.05.009 (pdf).
Wright AE, Darolti I, Bloch NI, Oostra V, Sandkam B, Buechel SD, Kolm N, Breden F, Vicoso B, Mank JE. 2019. On the power to detect rare recombination events. Proceedings of the National Academy of Sciences 116 (26), 12607-12608. (pdf).
2018
Bloch NI, Corral-López A, Buechel SD, Kotrschal A, Kolm N, Mank JE. 2018. Early neurogenomic responses in the sensory-processing and decision-making brain components associated with variation in guppy female mate preferences. Nature Ecol. Evol, 2 (11), 1772. doi: 10.1038/s41559-018-0682-4. (pdf).
Morris J, Darolti I, Bloch NI, Wright AE, Mank JE. 2018. Y chromosome degeneration and male-specific sequence in two guppy species. Genes, 9 (5), 238. (pdf).
Wright AE, Fumagalli M, Cooney CR, Bloch NI, Vieira FG, Buechel SD, Kolm N, Mank JE. 2018. Male-biased gene expression resolves sexual conflict through the evolution of sex-specific genetic architecture. Evolution Letters, doi:10.1002/evl3.39. (pdf).
2017
Corral-López A, Bloch NI, Kotrschal A, van der Bijl W, Buechel SD, Mank JE, Kolm N. 2017. Female brain size affects the assessment of male attractiveness during mate choice. Science Advances 3 (3), e1601990. (pdf).
Wright AE, Darolti I, Bloch NI, Oostra V, Sandkam B, Buechel SD, Kolm N, Breden F, Vicoso B, Mank JE. 2017. Convergent recombination suppression suggests role of sexual selection in guppy sex chromosome formation. Nature Communications 8, 14251. (pdf).
2016
Bloch NI. 2016. The evolution of opsins and color vision: connecting genotype to a complex phenotype. Acta Biologica Colombiana. 21(3), 481-484. (pdf).
2015
Klomp J, Athy D, Kwan CW, Bloch NI, Sandmann T, Lemke S, Schmidt-Ott U. 2015. A novel cysteine-clamp gene establishes head-to-tail polarity in the midge Chironomus riparius. Science 348(6238), 1040-1042. Faculty of 1000Prime recommended. (pdf).
Bloch NI, Morrow J, Chang BSW & Price T. 2015. SWS2 visual pigment evolution as a test of historically contingent patterns of plumage color evolution in warblers. Evolution, 69(2), 341-356. (pdf).
Bloch NI, Price T & Chang BSW. Evolutionary dynamics of RH2 opsins in birds demonstrate an episode of accelerated evolution in the New World warblers (Setophaga). 2015. Molecular Ecology 24 (10), 2449-2462. (pdf).
Bloch NI. 2015. Evolution of Opsin Expression in Birds Driven by Sexual Selection and Habitat. Proceedings of the Royal Society B 282(1798), 20142321. (pdf).
2006
Bloch NI. & Irschick, D. 2006. An analysis of inter-population divergence in visual display behavior in the green anole. Ethology 112, 370-378. (pdf).
Irschick DJ, Ramos M, Buckley C, Elstrott J, Carlisle E, Lailvaux S, Bloch NI, Herrel A, Vanhooydonck B. 2006. Are morphology performance relationships invariant across different seasons? A test with the green anole lizard (Anolis carolinensis). Oikos 114, 49-59. (pdf).
2005
Bloch NI. & Irschick, D. 2005. Toe-clipping dramatically reduces clinging performance in a pad-bearing lizard (Anolis carolinensis). Journal of Herpetology 39(2), 288-293. (pdf).
