Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Monika.pdf: 24724342 bytes, checksum: a8d2da36e8294d281f856fd1f9f4fca1 (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / The production of mechanical force on plasma membrane is mediated by integrins, connecting ECM components and cell cytoskeleton. This allows cells to generate traction during migration and tension during ECM remodeling. Integrins are membrane-spaning adhesion receptors that mediate dynamic linkages between intracellular actin cytoskeleton and the extracelullar adhesive matrix, outside-in/inside-out signaling, migration and detachment. Several proteins with diferent functions have already been identified as integrin ligands, and some important candidates as disintegrin-like and cystein-rich domains present in the snake venon metalloproteinases and ADAM (A Disintegrin and Metaloprotease) become important as they interfere in cell signaling pathways mediated by these transmembrane receptors. Thus, the isolation, characterization and structure determination of disintegrin-like domains o_er valuable tools for the development of new therapeutic compounds for a wide range of diseases. These compounds may provide new treatments for diseases such as cancer and inflammation pathologies. However, the mechanisms of ADAM-Integrin interaction have not been well clarified, yet. In this perspective, this study aims to analyze the molecular structure of the alfa6beta1 integrin and the disintegrin-like domain of human ADAM2 and ADAM9. Computational biology methods such as homology modeling and molecular dynamics were used in order to study the dynamics of the interaction of these proteins. Using in silico experimentation, detailed models of human alfa6beta1 and human ADAM 2 and 9 were obtained. Based on these models, the molecular basis of alfa6beta1-ADAMdsld interactions was assessed, and the most important structural components in ligand recognition/discrimination were identified. Using the collected structural information, we designed different small peptide based inhibitors, based on the structure of the interaction loop of human ADAM 9 disintegrin-like domain. Here proposed A9a inhibitor was tested in vitro , showing satisfactory results in blocking cell adhesion on specific substrates by alfa6beta1- laminin affnity inhibition in nanomolar concentrations. Our results also show the effcacy of the constructed models, the power of computational biology tools in new drug-design technologies, and clearly suggest that here presented alfa6beta1 inhibitors are good candidates for further development of new therapeutic agents against inflammation pathologies. / A integração entre o citoesqueleto celular e a MEC mediada pelas integrinas gera a produção de força mecânica sobre a membrana plasmática. Isto permite às células gerar tração durante sua migração e tensão durante o remodelamento da MEC. Várias proteínas com diferentes funções já foram identificadas como ligantes das subunidades a e b das integrinas. O estudo de proteínas capazes de se ligar e interferir na sinalização via integrina, como as desintegrinas-like e cisteina-rich presentes nos venenos de serpente e proteínas conhecidas como ADAM (A Disintegrin And Metaloprotease), torna-se cada vez mais importante. Assim, o isolamento, a caracterização e a determinação da estrutura de várias desintegrinas oferecem valiosas ferramentas para o desenvolvimento de novos compostos terapêuticos para um vasto número de doenças, sendo excelentes candidatos-protótipo para o desenvolvimento de novos fármacos que interfiram nas funções celulares moduladas por proteínas de adesão. Entretanto, as formas como a integrina e a ADAM interagem ainda não foram bem esclarecidas. Neste contexto, este trabalho visa analisar em escalar molecular a estrutura da integrina alpha6beta1 e do domínio desintegrina-like das ADAMs 2 e 9 humanas, e a forma como estas proteínas interagem, aplicando metodologias de biologia computacional estrutural como modelagem e dinâmica molecular. Com o objetivo de estudar a interação destas proteínas, modelos estruturais foram construídos por homologia a partir das estruturas 3D de proteínas obtidas por cristalografia de raio-X, e realizaram-se simulações de dinâmica molecular com solvente explícito para as proteínas isoladas e em complexo. Através do estudo estrutural e funcional pelo método in silico da integrina alpha6beta1 e ADAMs 2 e 9 humanas, as análises dos resultados das simulações e da flutuação dos resíduos de contato entre as duas proteínas durante a dinâmica molecular, foram desenhados e caracterizados novos candidatos peptídicos para inibição da integrina alpha6beta1. Nas simulações da movimentação angular do domínio b A/Hybrid, visando a possível ativação da integrina alpha6beta1 através da interação com o domínio desintegrina-like de ADAM9 e ligantes peptídicos, obtivemos resultados positivos para os peptídeos A9b e A9d. Este estudo aponta para o desenvolvimento de inibidores protéicos viáveis da integrina alpha6beta1 com base nestas estruturas. Nossos resultados ainda comprovam pelas metodologias in silico a eficácia dos modelos construídos, conseguindo reproduzir o comportamento das proteínas em estudo.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 520664 bytes, checksum: a8423486c7ffd3a3ceff9cb2b60761ce (MD5) Previous issue date: 2008-03-14 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / The graph isomorphism problem has applications in several areas of science. This problem has not an efficient solution to its general case. In this work, we present the basic concepts of group theory, graph theory and quantum mechanics. We introduce the hidden subgroup problem and a known polynomial reduction of the graph isomorphism problem in its general case to the hidden subgroup problem on the symmetric group. We use a method that reduces the graph isomorphism problem to the group intersection problem. This method combines results from quantum computing and solvable group theory providing a efficient solution through a quantum algorithm to the graph isomorphism problem for the particular class of graphs. / O problema do isomorfismo de grafos possui aplicações em diversas áreas da ciência. Tal problema não possui uma solução eficiente para o seu caso geral. No presente trabalho, apresentamos os conceitos básicos em teoria de grupos, teoria dos grafos e mecânica quântica. Apresentamos o problema do subgrupo oculto e uma conhecida redução polinomial do problema do isomorfismo de grafos no seu caso geral para o problema do subgrupo oculto sobre o grupo simétrico. Utilizamos um método que reduz o problema do isomorfismo de grafos para o problema de interseção de grupos. Este método utiliza resultados da computação quântica e da teoria dos grupos solúveis, nos permitindo obter uma solução eficiente através de um algoritmo quântico para o problema do isomorfismo de grafos para uma classe particular de grafos.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thesis_Tharso_Dominisini_Fernandes_2008.pdf: 433414 bytes, checksum: 974d6b0bd3b829341f4f36f9c8d29a72 (MD5) Previous issue date: 2008-03-13 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Quantum computers may solve certain problems asymptotically faster than the classical computers. Quantum algorithms, such as Shor s algorithm, may be considered as a particular case of the Hidden Subgroup Problem (HSP). The HSP consists in finding a subgroup H of a group G by evaluating a function f, which is constant in cosets of H and distinct for each coset. The HSP for Abelian groups is efficiently solved in a quantum computer, but is quantum computers can solve the HSP in non-Abelian groups efficiently? This question has been regularly discussed by the scientific community due to the importance of some applications, such as the graph isomorphism problem and the short vector in a lattice. In this dissertation we review the Ivanyos et al. (2007a) that address HSP in nilpotent groups of class 2. We make a brief review on Quantum Computing; we address some characteristics of nilpotent groups and solvable groups, with special attention to nilpotent groups of class 2; we discuss the standard method of solution of the HSP in Abelian groups; we present the main characteristics of the polycyclic sequences and important reductions of the HSP in classes of nilpotent groups using the properties of polycyclic sequences. Finally, we present an efficient algorithm to solve the HSP in nilpotent groups of class 2. / Computadores quânticos prometem resolver certos problemas assintoticamente mais rápido do que os computadores clássicos. Algoritmos quânticos, como o algoritmo de Shor, podem ser considerados casos particulares do chamado Problema do Subgrupo Oculto(PSO). O PSO consiste em encontrar um subgrupo H de um grupo G por meio de avaliações de uma função f que é constante em classes laterais de H e distinta em classes laterais diferentes. O PSO em grupos abelianos é resolvido eficientemente em um computador quântico, mas será que os computadores quânticos podem resolver o PSO em grupos não abelianos? Esta questão tem sido discutida regularmente pela comunidade científica devido a importantes aplicações, como é o caso do problema de isomorfismo de grafos e do problema do menor vetor em um reticulado. Nesta dissertação é feita uma revisão do trabalho de Ivanyos et al. (2007a), o qual apresenta uma solução para o PSO em grupos nilpotentes de classe 2. Com esta finalidade, é elaborada uma breve revisão sobre a Computação Quântica; são mostradas algumas características dos grupos nilpotentes e dos grupos solúveis, dando uma atenção especial aos grupos nilpotentes de classe 2; é exposto o método padrão de solução do PSO em grupos abelianos; também são exibidas as principais características de sequencias policıclicas e reduções¸de grupos nilpotentes usando as propriedades de sequencias policıclicas

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoOberdan.pdf: 3322063 bytes, checksum: e9c70e2132e91ffd20f094daea677edd (MD5) Previous issue date: 2008-06-04 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The advent of genome sequencing technology and complete genome analysis has provided new data on prokaryote and eukaryote metabolic pathways. The comparative analysis of metabolic pathways from different organisms can help us understand inter and intra species organizational relationships. Having this in mind, this work focused on building a system that allows for comparing the bacterial metabolic pathways, according to a set of pre-established criteria. SAMPA (System for comparative Analysis of Metabolic PAthways) comprises a database containing information on metabolic pathways in many organisms, and a set of five tools that can be used to compare these metabolic pathways and to group organisms carrying metabolic pathways that are related. As a case study to validate the tool, we the Mycoplasmataceae family of organisms was used. / Com o advento das tecnologias que propiciaram os seqüenciamentos e as análises de genomas completos em tempo relativamente curto, muitos dados sobre vias metabólicas de procariotos e eucariotos puderam ser gerados. Análises comparativas de vias metabólicas de diferentes genomas podem auxiliar no entendimento das relações organizacionais dentre e fora das espécies. Com base em tais perspectivas, este trabalho tem como finalidade implementar um sistema que permita comparar, através de diferentes critérios, vias metabólicas de bactérias. O sistema SAMPA (System for comparative Analysis of Metabolic PAthways) é composto por um banco de dados, com informações sobre vias metabólicas de diversos organismos, e um conjunto de 5 ferramentas utilizadas para comparar estas vias metabólicas e agrupar os organismos que possuam vias metabólicas relacionadas. Como estudo de caso para teste da ferramenta, foi utilizada a família Mycoplasmataceae.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniela Paula.pdf: 457309 bytes, checksum: 2cece1f133cd1224c92821fe3bd36e8b (MD5) Previous issue date: 2009-07-27 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Due, in part, to the nowadays considerable body of theoretical results for Markov Jump Linear Systems (MJLS), there has been recently an intense interplay between the classical switch systems and MJLS theory. Although the development of these theories came up independently, in a broad way MJLS can be seen as a class of switch systems with a stochastic switching mecanism. Motivated by the diversity of methods of these theories and its potentiality in the treatment of systems with requires tolerance to failure (the so-called safety-critical and highintegrity systems), it is our intention in this dissertation to make up a synthesis of the most relevant methods, setting against the two theories. In view of the huge amount of results of these theories, we focus here just on the stability problem. We begin presenting well known tools such as common Lyapunov functions and others which are related to involving classes of linear subsistems with certain particularities such as commutativity and solubility of Lie algebra. Rigth after, we present the concept of average dwell time, part Lyapunov functions and results about design of switch. Using the average dwell time at the linear systems with stable and unstable systems with the rules already demonstrated we claim some results about stability that applied at linear systems with markovian switch. / Devido em parte, ao considerável corpo de resultados teóricos para Sistemas Lineares com Saltos Markovianos (SLMS), tem havido recentemente uma intensa interação entre a teoria clássica de sistemas com chaveamento (switched systems) e a teoria de SLSM. Apesar do desenvolvimento dessas teorias terem acontecido essencialmente de maneira independentes, num sentido amplo SLMS pode ser visto como um sistema com chaveamento cujo mecanismo de chaveamento é estocástico. Motivados pela diversidade de métodos dessas teorias e sua enorme potencialidade no tratamento de sistemas que exigem comportamentos tolerantes a falhas (faz parte do que se denomina na literatura especializada como safety-critical and high integrity systems) é nossa intenção nesta dissertaçãoo fazer uma síntese dos métodos mais relevantes, contrapondo as duas teorias. Tendo em vista a enorme quantidade de resultados, focaremos apenas o problema de estabilidade. Começaremos o estudo com critérios já conhecidos como a construção de uma função comum de Lyapunov para os sistemas e outros que dizem respeito à estabilidade em classes de subsistemas lineares que possuem certas particularidades como comutatividade e solubilidade da álgebra de Lie gerada pela coleção de matrizes. Em seguida, apresentaremos os conceitos de tempo médio de habitação, funções de Lyapunov por partes e os resultados sobre design de switch. Através do estudo do tempo médio de habitação em sistemas lineares com matrizes estáveis e instáveis, juntamente com os critérios já estudados referentes às classes de subsistemas para as quais é possível a construção de uma função comum de Lyapunov, chegamos a alguns resultados para estabilidade, que aplicamos ao caso de chaveamento Markoviano.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anexos-Final.pdf: 7146890 bytes, checksum: bb4f151b856a0b67e03a2261753fccfe (MD5) Previous issue date: 2008-10-31 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The type IV secretion system can be classified as a large family of macromolecule transporters divided in three recognized sub-families involved in different bacterial functions. The major sub-family of T4SS is the conjugation system, which allows transfer of genetic material as a nucleoprotein via cell contact among bacteria. Analogously to bacterial conjugation, the T4SS can transfer genetic material from bacteria to eukaryotic cells; such is the case of T-DNA transfer of Agrobacterium tumefaciens to host plant cells. The system of effector proteins transport constitutes the second sub-family, being indispensable for infection processes of several mammalian and plants pathogens. The third sub-family corresponds to the DNA uptake/release system involved in genetic transformation competence, independently of cell contact, as it was described to the systems VirB/D4 from Campylobacter jejuni and ComB form Helicobacter pylori. Several essential features of T4SS are well known, but the knowledge in support of an uncomplicated classification or proper protein annotation of system subunits remains confusing, which in same cases can avoid making inferences about evolution of the system in bacterial species. The purpose of this work was to organize, classify and integrate the knowledge about T4SS through building a database devoted to this bacterial secretion system. The T4SS database was created using the SGBD MySQL and Perl programming language and with a web interface (HTML/CGI) that gives access to the database. Currently, this database hold genomic data from 43 bacteria and 10 plasmids acquired from the GenBank NCBI, these organisms comprise groups from Actionobacteria to Gram-negative Proteobacteria including symbiotic and pathogenic bacteria. By applying Bidirectional Best-Hits method was possible to get a core set of 75 clusters with 974 proteins involved in the T4SS. Also, during this procedure BlastP, Muscle e ClustalW algorithms were applied. The database was manually annotated supported by cross references built-in the T4SS annotation pages, such as the UniProtKB/Swiss-Prot, COG, InterPro and TCDB as well as by the methods for signal peptide and transmembrane regions prediction. All T4SS protein records scattered into 75 ortholog clusters were organized into five different classes of type IV secretion system proteins: (i) Type IVA Mpf/T4CP; (ii) Type IVA Dtr; (iii) F-type plasmid; (iv) IncP-1-type plasmid; (v) Type IVB Icm/Dot. All 974 proteins were annotated into 68 well-known families, which can be involved in conjugation, effector translocator, DNA uptake/release or even can be bifunctional proteins. Also, by using the Maximum Likelihood method were built 70 unrooted phylogenetic trees that represents just 70 clusters instead of 75, this is due to five clusters had only two protein sequences, five unrooted phylogenetic trees were built for each group of first hierarchical classification, one unrooted phylogenetic trees including proteins from archetype systems of all groups, one unrooted phylogenetic trees from 16S sequence of each organism and one rooted tree including a sequence from a Gram-positive bacteria as an external group. The phylogenetic analyses show that some proteins of T4SS are more divergent than others, which indicate that for a particular function few sequence mutations were needed, but other proteins required many sequence mutations to get another functions. Thus, these results proved that proteins belong to the same cluster show different functions: conjugation, DNA uptake/release or effector translocator. Consequently, it was possible verify that similar functions were grouped together within phylogenetic tree, which allowed to annotate a probable function of some uncharacterized proteins, that is possibly due to the sequence similarity may reveal a similar evolution to get the same function. Thus, the phylogenetic trees allowed confirming the protein annotation as well as inferring whether uncharacterized proteins would encompass a known function. The T4SS database will be an open access, given to the users searching and submission sequence tools, which will permit to get insights about classification and phylogeny of T4SS sequence of interest. T4SS Database is accessible at the URL http://www.t4ss.lncc.br. / O T4SS pode ser classificado como uma família de transportadores de macromoléculas envolvidos em diferentes funções bacterianas. A maior subfamília do T4SS é a do sistema de conjugação, o qual permite a transferência de material genético entre bactérias. Analogamente à conjugação, o sistema pode transferir material genético entre bactérias e eucariotos, tal como a transferência de T-DNA de Agrobacterium tumefaciens. O sistema de transporte de proteínas efetoras constitui uma segunda subfamília do T4SS, sendo indispensável nos processos de infecção de vários patógenos de mamíferos e plantas. A última subfamília corresponde ao sistema DNA-uptake/release" que funciona independente de contato com uma célula alvo, representado pelos sistemas VirB/D4 de Campylobacter jejuni e ComB de Helicobacter pylori. Muitas características básicas do T4SS são bem conhecidas, entretanto o conhecimento para a classificação simples e intuitiva ou a anotação apropriada das proteínas ainda não está claro, impedindo em alguns casos estabelecer correlações evolutivas deste sistema em bactérias. O objetivo deste trabalho foi o de organizar, classificar e integrar o conhecimento do T4SS através da construção de um banco de dados especializado para este sistema secretório bacteriano. O banco de dados T4SS foi criado utilizando o SGBD MySQL e a linguagem de programação Perl e com uma interface web (HTML/CGI) que fornece acesso ao banco. Este banco consta atualmente com 43 genomas bacterianos e 10 plasmídeos obtidos do GenBank NCBI, estes organismos vão desde Actinobactérias até Proteobactérias Gram-negativas, incluindo simbiontes e patogênicos. Foi utilizada a metodologia do Bidirectional Best-Hits", com a qual foi possível obter um conjunto mínimo de 75 clusters" com 974 proteínas envolvidas no T4SS. Também, durante este procedimento foram utilizados os algoritmos BlastP, Muscle e ClustalW. O banco foi anotado manualmente utilizando referências cruzadas incluídas nas páginas de anotação do T4SS, tais como UniProtKB/Swiss-Prot, COG, InterPro e TCDB e métodos para predição de regiões de peptídeos sinal e transmembrana. As análises do banco T4SS permitiram criar uma classificação hierárquica e funcional para as proteínas do T4SS, consistindo em cinco grupos: (i) Type IVA Mpf/T4CP; (ii) Type IVA Dtr; (iii) F-type plasmid; (iv) IncP-1-type plasmid; (v) Type IVB Icm/Dot). As 974 proteínas foram anotadas em 68 famílias conhecidas, as quais podem estar envolvidas em conjugação, transferência de T-DNA, transferência de proteínas efetoras, DNA-uptake/release" ou bem serem proteínas bifuncionais. Também, através do método de máxima verossimilhança foram geradas 70 árvores filogenéticas não enraizadas (NR) representando apenas 70 clusters, já que cinco clusters apresentaram apenas duas seqüências de proteínas, cinco árvores filogenéticas NR foram criadas para cada grupo da primeira categoria hierárquica, uma árvore NR com representantes de todos os grupos, uma árvore NR gerada a partir das seqüências 16S de cada organismo e uma árvore de um cluster incluindo uma seqüência de bactéria Gram-positiva como grupo externo. As análises filogenéticas mostram que determinadas proteínas do sistema são mais divergentes que outras, indicando que para uma determinada função poucas mutações de seqüências foram necessárias, já outras proteínas precisaram de maiores mutações para adquirir outras funções. Por isso, verifica-se que proteínas de um mesmo cluster apresentam diferentes funções: conjugação, DNA-uptake/release", traslocadores de proteínas efetoras. Conseqüentemente, foi possível verificar que funções semelhantes se agruparam juntas nas árvores filogenéticas, permitindo anotar uma função provável das proteínas ainda não caracterizadas ( unknown"), isto possivelmente devido a que em virtude de sua semelhança de seqüências, possivelmente evoluíram para realizar a mesma função. Assim, as arvores possuíram a finalidade de confirmar a anotação e contribuíram permitindo inferir se os unknown" ou probable" podem ser de uma determinada classificação funcional. O banco T4SS será de uso público, oferecendo ao usuário ferramentas de buscas e submissão de seqüências, as quais permitirão inferir respostas sobre a classificação e filogenia da seqüência T4SS de interesse. O banco de dados T4SS pode ser acessado na URL: http://www.t4ss.lncc.br.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesisMarquezino.pdf: 1984026 bytes, checksum: aab2f346b43ad780233318adb7219d76 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / Quantum computing is a model of computation based on the laws of quantum mechanics, which can be used to develop faster algorithms. The development of efficient quantum algorithms, however, is a highly challenging task. A recent successful approach is the use of quantum walks. In this work, we have studied the quantum walk on the hypercube, obtaining the exact stationary distribution and analyzing properties of its mixing time both in the ideal and in the noisy set-ups, with noise generated by broken links. We have also studied the walk in a two-dimensional grid, where we have obtained its stationary distribution analytically and have explored the relation between mixing time and the complexity of the search algorithm for this graph. We have developed a computational tool for numerical simulation of quantum walks in one- and two-dimensional grids with several boundary conditions. Finally, we have studied some algorithms for search on graphs and have numerically analyzed the impact of decoherence over their performances. / A computação quântica é um modelo computacional baseado nas leis da mecânica quântica, que pode ser utilizado para desenvolver algoritmos mais eficientes que seus correspondentes clássicos. O desenvolvimento de algoritmos quânticos eficientes, no entanto, é uma tarefa altamente desafiadora. Uma abordagem recente que vem se mostrando bem-sucedida é a utilização de caminhadas quânticas. Neste trabalho, estudamos a caminhada quântica no hipercubo, calculando analiticamente sua distribuição estacionária e analisando propriedades de seu mixing time, tanto na situação ideal como na situação com descoerência gerada por ligações interrompidas. Também estudamos a caminhada na malha bidimensional, calculando sua distribuição estacionária analiticamente e explorando a relação entre o mixing time e a complexidade do algoritmo de busca nesse grafo. Desenvolvemos uma ferramenta computacional para simulação numérica de caminhadas quânticas em malhas uni- e bidimensionais com diversas condições de contorno. Finalmente, estudamos alguns algoritmos de busca em grafos e analisamos numericamente o impacto que a descoerência exerce sobre seus desempenhos.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trenhago2.pdf: 15966707 bytes, checksum: 00c5e69b3e4ccb8745765adf1d2fa0a8 (MD5) Previous issue date: 2009-03-23 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / This work describes the development of a software structure that currently controls the CAVE at LNCC, as well as its use for biological data visualization. This work also includes the adaptation and configuration of the InstantReality framework considering all particularities of the CAVE built at LNCC, which amongst other things does not have square walls all around (two walls have a particular shape). In order to accompish this task we make use of the emerging X3D technology. This work also proposes a process for fast development of biological data visualization. Such process has been used to develop a series of sample applications, which included geometric description of parts of the human cardiovascular system as well as other structures such as parts of worms and other creatures, visualization of proteine models and virus envelops both relying or not on some programming language. This work also introduces important aspects of complex surface visualization and describes the implementation of a GPU based ilumination model. Additionally, some justifications are presented regarding the use of Virtual Reality as a tool for bioinformatics visuzalization or biologic applications. Finally, this work evaluates the CAVE prototype, considering each of its components, in the light of the results achieved in the biologic visualization applications developed. Problems are identified and further improvements are proposed. / Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma estrutura lógica de software para o controle do CAVE do LNCC e sua utilização na visualização de dados biológicos. Configuramos e adaptamos o framework InstantReality para fazer funcionar todos os componentes singulares do CAVE do LNCC ( uma parede não ortogonal, duas paredes com cinco lados, projetores convencionais, entre outros ) por meio de uma tecnologia emergente, o X3D, usado para distribuir conteúdo 3D multimídia pela Internet. Propomos um processo para o rápido desenvolvimento, recorrendo ou não a uma linguagem de programação, de aplicações para visualização de dados biológicos, tais como: descrição geométrica de parte do sistema cardiovascular humano, de parte de uma larva, visualização de modelos de proteínas e capsídios de vírus. Apresentamos questões importantes na visualização de superfícies complexas, como a importância do modelo de iluminação utilizado e descrevemos a implementação de um modelos de iluminação em GPU. Adicionalmente, justificamos o emprego da Realidade Virtual como ferramenta valiosa para a visualização em bioinformática, e mesmo na biologia. Finalmente, avaliamos a eficiência geral do CAVE e de cada componente,através dos resultados obtidos na visualização de cenários temáticos de interesse biológico. Identificamos possíveis problemas e sugerimos opções para uma melhoria geral do desempenho.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 teseCecilia Klein.pdf: 396397 bytes, checksum: 7399db49964d19e6be6463e6c6b52350 (MD5) Previous issue date: 2010-08-09 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Symbiosis is the permanent association between two or more organisms that are distinct, at least during a part of the life cycle. Cases of symbiosis are widely diverse and are often classified based on the benefits or the deficits on the host fitness, e.g., mutualism, commensalism or parasitism. Location, type of dependency and transmission of the symbionts are also important features. The data set is composed of 58 bacteria which were grouped according to the features of the symbiotic associations established by them. The metabolic network comparison was carried out in a systematic way, taking into account the whole network without previously selecting metabolic pathways. The comparison was performed by analysing: (i) the sets of compounds and reactions, and (ii) the topology of the metabolic networks modelled as compound graphs. A conserved metabolic core inside the groups of extracellular, free-living and cell-associated bacteria was observed, contrasting with the absence of common parts in the metabolic networks of the obligate intracellular bacteria. The group of mutualists (MIV) specially contributed to the low values of the intersections of sets of compounds and reactions. The portion of the genome dedicated to metabolism is higher in these endocytobionts and distinct parts of the metabolism were conserved in different subsets of the intracellular mutualist bacteria. / Simbiose é a associação permanente entre dois ou mais organismos de espécies distintas, pelo menos durante uma parte do ciclo de vida. Existe uma grande diversidade de casos de simbiose, os quais são frequentemente classificados de acordo com os benefícios ou deficits no valor adaptativo do hospedeiro, i.e., mutualismo, comensalismo ou parasitismo. Outras características importantes são a localização, a dependência e o modo de transmissão dos simbiontes. O conjunto de organismos selecionado para este trabalho consiste de 58 bactérias que foram agrupadas segundo características das associações simbióticas que elas estabelecem. A análise comparativa das redes metabólicas foi realizada de forma sistêmica, analisando toda a rede sem fazer a partição em vias metabólicas selecionadas a priori. Duas maneiras de comparação foram utilizadas: (i) análise dos conjuntos de compostos e de reações, e (ii) análise da topologia das redes metabólicas modeladas como grafos de compostos. Como fruto dessas análises foi possível observar o contraste entre a conservação de um núcleo metabólico nas bactérias extracelulares, de vida livre e associadas à célula, e a ausência de partes comuns da rede metabólica nas intracelulares estritas. Nota-se que o grupo das mutualistas (MIV) foi o que especialmente contribuiu para os valores baixos de interseção para os conjuntos de compostos e de reações. Esses endocitobiontes apresentam uma proporção maior dos seus genomas dedicada ao metabolismo. Além disso, partes distintas do metabolismo foram conservadas em diferentes subconjuntos dessas bactérias intracelulares mutualistas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_franklin_joffly_lima.pdf: 4781146 bytes, checksum: 19855560682e6f10b865e23078063821 (MD5) Previous issue date: 2008-06-16 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Aquifers underground computational models can be built to help the decision making on water resource management, simulating varied situation in adverse conditions, in order to propose environmental accidents solutions, such as contamination by toxic substances problems that affect the consumed water quality. Computer models for aquifers consider the water disposal in porous medium and contaminants transport in the water. Rapprochement models and time and space discretization, as the finite differences model, finite volume and element are generally used for this purpose. This work presents a methodology involving computer simulations by the finite elements method and parallelized genetic algorithm , in order to select the most appropriate solution in well remediation allocation, which will withdraw the contaminated water from the aquifer. It was taken into account the financial cost as a restriction of the sought depollution and the objective function is to minimize the cost and increase the pollutant reduction, considering area restrictions for wells allocation, variation in the number of wells and ability to pumping in each. / Modelos computacionais de aqüíferos subterrâneos podem ser construídos para auxiliar a tomada de decisão na gestão de recursos hídricos, simulando situações variadas em condições adversas e visando propor soluções para acidentes ambientais, tais como problemas de contaminação por substâncias tóxicas que afetem a qualidade da água a ser consumida. Os modelos computacionais para aqüíferos consideram o escoamento da água num meio poroso e o transporte do contaminante na água. Modelos de aproximação e discretização no tempo e no espaço como o modelo de diferenças finitas, volumes finitos e elementos finitos são geralmente utilizados com este propósito. Este trabalho apresenta uma metodologia que envolve simulações computacionais pelo método dos elementos finitos e um algoritmo genético paralelizado, para a seleção da solução mais adequada na alocação de poços de remediação, os quais irão retirar a água contaminada do aqüífero. É levado em consideração o custo financeiro como uma restrição ao esquema de despoluição buscado e a função objetivo consiste na minimização do custo e maior redução de poluente, considerando-se restrições no domínio para a alocação dos poços, variação do número de poços e capacidade de bombeamento em cada um deles.