Nuestro grupo viene estudiando la replicación y topología del DNA en diferentes sistemas pro y eucarióticos desde hace ya más de 20 años. Fuimos los primeros en caracterizar la replicación unidireccional de plásmidos bacterianos por electroforesis bidimensional en geles de agarosa (Martín-Parras et al., 1991). También fuimos los primeros en demostrar que en aquellos plásmidos bacterianos y minicromosomas eucarióticos circulares con más de un origen de replicación potencial, sólo se activa un origen por ronda de replicación (Schvartzman et al., 1990; Martín-Parras et al., 1992; Viguera et al., 1996). Este fenómeno se denomina “interferencia entre orígenes” y su naturaleza es hasta hoy desconocida. En aquellos plásmidos bacterianos con orígenes de replicación unidireccionales orientados de forma inversa, el origen silenciado actúa como una barrera polar para la horquilla iniciada en el otro origen (Viguera et al., 1996). Esto se debe a la incapacidad de la helicasa B de Escherichia coli, que es la que va por delante de la horquilla de replicación in vivo, para separar el extremo 3’ del RNA de los híbridos RNA-DNA (Santamaría et al., 1998). El bloqueo de las horquillas de replicación da lugar a una acumulación de intermediarios de replicación (IsR) con una burbuja interna, que puede servir de substrato para la formación de nudos que resultan de la acción de topoisomerasas de tipo II cuando tratan de resolver moléculas pre-encadenadas (Olavarrieta et al., 2002a,b,c; Viguera et al., 1996). Debido a ello, la gran mayoría de los cruces de estos nudos tienen signo positivo (Sogo et al., 1999). El bloqueo de las horquillas de replicación no consiste sólo en una pausa sino  que es permanente y da lugar a un proceso de terminación prematuro (Santamaría et al., 2000). Sorprendentemente, los IsR con una burbuja interna pueden sufrir una reversión de las horquillas, al menos in vitro (Viguera et al., 2000). Fuimos de los primeros en caracterizar el retroceso de las horquillas de replicación mediada por superenrollamiento positivo (Olavarrieta et al., 2002; Viguera et al., 2000; Fierro-Fernández et al., 2007a,b). En los minicromosomas circulares de células eucariotas con un origen bidireccional, la terminación de la replicación no ocurre en un sitio específico sino que puede ocurrir en cualquier sitio dependiendo de la sincronía en la iniciación de las dos horquillas de cada origen y en la velocidad de progresión de las mismas (Santamaría et al., 2000). Nuestro laboratorio fue de los primeros en utilizar la electroforesis bidimensional en geles de agarosa y la microscopía electrónica para identificar las distintas formas topológicas que pueden adoptar moléculas de DNA circulares de replicación autónoma tanto en procariotas como en eucariotas (Martín-Parras et al., 1998; Mayán-Santos et al., 2007; Schvartzman et al., 2010). Nuestro grupo también ha colaborado en el descubrimiento de que el genoma de Streptococcus pneumoniae está organizado en familias de genes contiguos que responden coordinadamente a cambios en la topología del DNA (Ferrándiz et al., 2010). También hemos comprobado que en la levadura Saccharomyces cerevisiae, los minicromosomas circulares que contienen la barrera para el progreso de las horquillas (RFB) del rDNA son inestables y se integran rápidamente por recombinación homóloga en estirpes delta-sir2, lo que sugiere que la proteína Sir2p (que también regula el envejecimiento) modula el acceso de la maquinaria de recombinación a las horquillas de replicación detenidas en las RFBs (Benguría et al., 2003). Curiosamente, la integración de los minicromosomas extra-cromosómicos sólo ocurre en dos sitios específicos del rDNA: las RFBs y el extremo 3’ del 35S (Mayán-Santos et al., 2008). Hemos sido los primeros en caracterizar la relación entre superenrollamiento y desencadenamiento durante la segregación de duplexes hermanos en plásmidos bacterianos (Martínez-Robles et al., 2009). Finalmente, también hemos sido los primeros en demostrar que el superenrollamiento positivo inducido por las condensinas durante la mitosis promueve el desencadenamiento de las cromátidas hermanas por la topoisomerasa II en células eucariotas (Baxter et al., 2011).