Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-12-13T13:01:52Z No. of bitstreams: 1 2012_FelipeAlmeidaLessa.pdf: 5150375 bytes, checksum: 4edd5817b50694327530a7458871646a (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2012-12-20T12:24:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_FelipeAlmeidaLessa.pdf: 5150375 bytes, checksum: 4edd5817b50694327530a7458871646a (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-20T12:24:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_FelipeAlmeidaLessa.pdf: 5150375 bytes, checksum: 4edd5817b50694327530a7458871646a (MD5) / RNAs não-codificadores (ncRNA) são macromoléculas biológicas que, apesar de não codificarem proteínas, realizam funções regulatórias importante nas células. A ferramenta Infernal é principal referência em buscas de ncRNAs por homologia, e o banco de dados Rfam um dos mais importantes repositórios de ncRNAs. Neste trabalho, mostramos que há clusters de famílias de ncRNAs estruturalmente bem similares no Rfam, adaptamos a ferramenta Infernal com novas distribuições a priori específicas a certos grupos de famílias de ncRNAs baseados nesses clusters e mostramos que essas prioris específicas a certos grupos podem tornar o Infernal mais sensível e específico. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Non-coding RNA (ncRNA) molecules do not code for proteins, but instead play an important regulatory role in cells. Infernal is the main tool for homology searches for ncRNAs, and Rfam is one of the main ncRNA databases. On this work, we show that there are clusters of structurally very similar ncRNA families on Rfam, adapt Infernal with new priors constructed especially for certain groups of ncRNA families (based on these clusters) and show that these group-specific priors may improve Infernal’s specificity and sensitivity.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, Programa de Pós-Graduação em Informática, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-04-24T13:40:56Z No. of bitstreams: 1 2013_FernandoMachadoMendonca.pdf: 1941126 bytes, checksum: 14c4673df9cda4875e23e0c924101558 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-04-26T14:02:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_FernandoMachadoMendonca.pdf: 1941126 bytes, checksum: 14c4673df9cda4875e23e0c924101558 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-26T14:02:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_FernandoMachadoMendonca.pdf: 1941126 bytes, checksum: 14c4673df9cda4875e23e0c924101558 (MD5) / Quando uma nova sequência biológica é descoberta, suas características funcionais e estruturais devem ser estabelecidas. Para isso, a sequência é comparada com outras sequências, procurando por similaridades. A comparação de sequências é, então, uma das operações básicas em Bioinformática. O algoritmo mais preciso para executar compara- ções é o proposto por Smith-Waterman (SW), que é baseado em programação dinâmica e possui complexidade quadrática de tempo e espaço. Essa complexidade pode facilmente levar a um alto tempo de execução e uso de memória. Técnicas de processamento paralelo podem ser utilizadas para produzir resultados em menos tempo. Existem muitas versões paralelas do algoritmo SW na literatura que se executam em multicores, GPUs, FPGAs e CellBEs. Mesmo que existam algumas abordagens que executem o algoritmo SW em plataformas híbridas compostas por GPUs e multicores, elas alocam trabalho de forma xa, baseada no desempenho teórico das unidades de processamento ou nos resultados obtidos por benchmarks. Essa dissertação de Mestrado propõe e avalia uma estratégia otimizada e exível para executar o algoritmo SW em plataformas híbridas compostas por GPUs e multicores com extensões SIMD. A nossa estratégia fornece múltiplas polí- ticas de alocação de tarefas e o usuário pode escolher a que é mais apropriada para o seu problema. Propomos também um mecanismo de re-trabalho que trata situações que ocorrem quando nodos mais lentos recebem as últimas e maiores tarefas. Os resultados obtidos comparando sequências de busca com cinco diferentes bancos de dados genômicos em uma plataforma composta por 4 GPUs e 2 multicores mostram que a nossa aborda- gem é capaz de reduzir o tempo de execução em plataformas híbridas, quando comparada com soluções que utilizam apenas GPUs. Mostramos também que o nosso mecanismo de re-trabalho pode melhorar signi cativamente o desempenho na plataforma utilizada. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Once a new biological sequence is discovered, its functional and structural characteris- tics must be established. In order to do that, the newly discovered sequence is compared against other sequences, looking for similarities. Sequence comparison is, therefore, one of the most basic operations in Bioinformatics. The most accurate algorithm to execute pairwise comparisons is the one proposed by Smith-Waterman (SW), which is based on dynamic programming, with quadratic time and space complexity. This can easily lead to very high execution times and huge memory requirements. Parallel processing can be used to produce results faster, reducing signi cantly the time needed to obtain results with the SW algorithm. There are many parallel versions of SW in the literature, which run in multicores, GPUs, Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) and CellBEs. Even though there are some versions of SW that run on hybrid platforms composed of GPUs and multicores, they assign work in a xed way, based on the theoretical performance of the processing units or in the results obtained by some benchmarks. This MsC Disser-tation proposes and evaluates a exible and optimized strategy to run Smith-Waterman applications in hybrid platforms composed of GPUs and multicores with SIMD extensions. Our strategy provides multiple task allocation policies and the user can choose the one which is more appropriate to his/her problem. We also propose a workload adjustment mechanism that tackles situations that arise when slow nodes receive the last tasks. The results obtained comparing query sequences to 5 public genomic databases in a platform composed of 4 GPUs and 2 multicores show that we are able to reduce the execution time with hybrid platforms, when compared to the GPU-only solution. We also show that our workload adjustment technique can provide signi cant performance gains in our target platform.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2006. / Submitted by Alexandre Marinho Pimenta (alexmpsin@hotmail.com) on 2009-11-17T09:33:26Z No. of bitstreams: 1 2006_MarcosFranciscoRibeiroFerreira.pdf: 9587389 bytes, checksum: c5b7bbce352a72fe039d6258cccc3edc (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2009-12-07T17:30:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_MarcosFranciscoRibeiroFerreira.pdf: 9587389 bytes, checksum: c5b7bbce352a72fe039d6258cccc3edc (MD5) / Made available in DSpace on 2009-12-07T17:30:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_MarcosFranciscoRibeiroFerreira.pdf: 9587389 bytes, checksum: c5b7bbce352a72fe039d6258cccc3edc (MD5) Previous issue date: 2006 / Os projetos de seqüenciamento genômico desenvolvidos em todo o mundo geram uma enorme crescente quantidade de informações. Estas informações estão normalmente descritas nos formatos texto, HTML (Linguagem de Marcação de Hipertexto) ou XML (Linguagem de Marcação Extensível) e seu volume total pode chegar a centenas ou milhares de páginas. Assim, o armazenamento e análise destas informações requerem o uso de ferramentas e métodos computacionais que facilitem e apóiem as pesquisas biológicas. Além das informações de ESTs (Etiquetas de Seqüências Expressas) ou DNAs genômicos geradas pelos projetos de seqüenciamento, outros dados como comparações genômicas e genes diferencialmente expressos, obtidos por comparações usando BLAST (Ferramenta para Busca de Alinhamentos) e experimentos de macroarranjo de cDNA também são fornecidos em saídas textuais e exigem uma análise biológica. Estes conjuntos de dados são melhor analisados pelos biólogos quando representados graficamente ou através de tabelas. Neste contexto, este trabalho propõe dois métodos para visualização de dados gerados pelos projetos de seqüenciamento genoma realizados pelo Laboratório de Biologia Molecular da Universidade de Brasília - UnB. Comparações obtidas pelo BLAST entre as ESTs do fungo Paracoccidioides brasiliensis com os DNAs genômicos de dois outros fungos próximos filogeneticamente, o Aspergillus fumigatus e o Aspergillus nidulans, utilizando a ferramenta para visualização de dados genômicos GBrowse, permitirão inferir a organização dos genes do P. brasiliensis dentro dos seus cromossomos. Particularmente, a partir do modelo A. fumigatus, sintenias entre os genes do P. brasiliensis poderão ser identificadas. A partir destas inferências, experimentos biológicos poderão ser elaborados para confirmação da organização dos genes do P. brasiliensis. Por outro lado, visando contribuir para a análise do conjunto de genes diferenciais indicados por experimentos de macroarranjo de cDNA, implementamos a ferramenta PathwayView para localização destes genes nos mapas de vias metabólicas do KEGG (Enciclopédia de Genes e Genomas da Universidade de Kioto). A PathwayView contribuirá para processar um grande volume de dados, facilitando a localização das vias metabólicas e das enzimas diferenciais dentro destas vias. No caso específico do P. brasiliensis, esta ferramenta permitirá aprofundar, por exemplo, o conhecimento de como ocorre a adaptação biológica deste patógeno nos seres humanos, o que poderá indicar direções novas para o desenvolvimento de drogas ou fungicidas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Genome sequencing projects developed worldwide produce an enormous and growing volume of information. These informations are usually described in text, HTML (Hypertext Markup Language) or XML (Extensible Markup Language) format, and they can be stored on hundreds or even thousands of pages. The storage and analysis of these information require computational tools and methods to facilitate and support the biological research. Besides the EST (Expressed Sequence Tags) information or genomic DNAs generated from the sequencing projects, other data such as genomic comparisons or differential gene expression, obtained from BLAST (Basic Alignment Search Tool) and cDNA macroarray experiments are available on text format which requires biological analysis. The work of the biologists can be supported if the available data is presented using graphics or tables. So, this work proposes two methods for visualizing data generated by the sequencing genome projects developed on the molecular biology of the University of Brasilia. Comparisons obtained by BLAST among the Paracoccidioides brasiliensis ESTs and the genomics DNAs of two others phylogenetic related fungi, Aspergillus fumigatus and Aspergillus nidulans, using a genomic visualization tool - GBrowse, allow to infer the organization of the P. brasiliensis genes inside its chromosomes. Particularly, from the model A. fumigatus, synteny among the P. brasiliensis genes could be identified. The inferences obtained by these comparisons can greatly help to develop biological experiments to confirm the organization of the P. brasiliensis genes. Besides, to contribute for the analysis of the set of differentially expressed genes indicated by cDNA macroarray experiments, a tool named PathwayView was built, to locate the differential genes into the KEGG metabolic pathways maps. PathwayView contribute to process a great volume of data, making easier to find the pathways and the enzymes inside these pathways. In the particular case of the P. brasiliensis fungus, for example, this tool could be used to increase the knowledge of how biological adaptation of this pathogen occurs in humans, which in turn, could indicate new directions for the development of new drugs or fungicides.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2006. / Submitted by Diogo Trindade Fóis (diogo_fois@hotmail.com) on 2009-11-24T10:46:45Z No. of bitstreams: 1 2006_Edward de Oliveira Ribeiro.pdf: 1709738 bytes, checksum: 915e695fb5277b397e2455f5ea396348 (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2010-01-11T16:46:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Edward de Oliveira Ribeiro.pdf: 1709738 bytes, checksum: 915e695fb5277b397e2455f5ea396348 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-01-11T16:46:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Edward de Oliveira Ribeiro.pdf: 1709738 bytes, checksum: 915e695fb5277b397e2455f5ea396348 (MD5) Previous issue date: 2006-03-27 / Uma área promissora para o projeto e desenvolvimento de sistemas distribuídos tem sido a Bioinformática, um campo de pesquisa interdisciplinar que usa conhecimentos de Ciência da Computação, Matemática e Estatística para resolver problemas de Biologia Molecular. Entretanto, apesar do amplo desenvolvimento e uso de tecnologias distribuídas no comércio, indústria e meio acadêmico, os sistemas distribuídos baseados no modelo Peer-to-Peer (P2P) ainda permanecem relativamente inexplorados no campo científico. Nesta dissertação, propomos uma nova arquitetura distribuída para a execução de aplicações em Bioinformática, particularmente o BLAST (Basic Local Alignment Search Tool), utilizando o modelo P2P. O BLAST é uma família de ferramentas que identifica a similaridade entre seqüências de DNA ou RNA fornecidas pelo usuário e seqüências existentes em bancos de dados de aminoácidos e nucleotídeos. Neste trabalho, projetamos e desenvolvemos um framework, baseado na plataforma P2P JXTA, para distribuir o processamento do BLAST entre dois ou mais domínios remotos utilizando um algoritmo de escalonamento de tarefas do tipo "alternância circular" (round robin) em uma rede privada virtual. O sistema conta ainda com um mecanismo de presença para anunciar o estado (ativo/inativo) dos Peers, e a flexibilidade de adicionar e remover serviços de forma dinâmica, isto é, sem a necessidade de reiniciar a aplicação. Os resultados do processamento do BLAST foram armazenados em um diretório FTP através de uma conexão segura. O banco de dados utilizado pelo BLAST foi o nr, o maior banco de dados de nucleotídeos disponível no National Center for Biotechnology Information (NCBI). Analisamos os ganhos reais de execução de arquivos contendo seqüências de DNA em 10 máquinas, distribuídas entre três domínios remotos, de forma a verificar a aplicabilidade da abordagem P2P em um ambiente de testes real, e o impacto que as limitações de memória RAM de cada máquina exerce sobre o tempo de execução total do sistema. Os bons resultados obtidos motivam novas melhorias no modelo atual, como inclusão de novos algoritmos de escalonamento de tarefas ou mecanismos de tolerância a falhas, além do uso desta arquitetura em projetos reais de Bioinformática. ___________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / A rewarding area for the project and design of distributed systems has been Bioinformatics, an interdisciplinary research field that uses knowledge from Computer Science, Mathematics and Statistics to solve problems in Molecular Biology. Nevertheless, in spite of the development and use of distributed technologies in business, industry and academia, distributed systems based on the Peer-to- Peer (P2P) model are still relatively unexplored in the scientific field. In this dissertation, we propose a new distributed architecture to the execution of Bioinformatics applications, particularly the BLAST (Basic Local Alignment Search Tool), using a P2P computing model. The BLAST is a suite of tools that verify the similarity between DNA or RNA sequences issued by the user and the sequences stored in nucleotides and aminoacids databases. In this work, we designed and developed a framework, based on JXTA P2P platform, to distribute BLAST processing among two or more remote sites according to a round robin task-scheduling algorithm in a virtual private network. The system has also a presence mechanism to advertise the status of the Peers (online/offline), and the flexibility to dynamically add or remove services, that is, without restarting the application. The results of the BLAST processing were stored in a FTP directory through a secure connection. The database used by BLAST was nr, the largest nucleotide database available at the National Center for Biotechnology Information (NCBI). We analyzed the real gains of the execution of DNA sequence files in 10 machines, distributed among three remote sites, to verify the applicability of the P2P approach in a real testbed environment, and the impact that RAM memory limitations of each machine has over the total execution time of the system. The good results obtained motivate us new improvements in the current model, like the inclusion of new task scheduling algorithms or fault tolerance mechanisms, and the use of this architecture in real Bioinformatics projects.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2010. / Submitted by samara castro (sammy_roberta7@hotmail.com) on 2011-01-18T17:40:29Z No. of bitstreams: 1 2010_EmersondeAraujoMacedo.pdf: 1706327 bytes, checksum: 1c50b4ee04f9e253ff36c9dad8d53b03 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2011-01-19T12:13:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_EmersondeAraujoMacedo.pdf: 1706327 bytes, checksum: 1c50b4ee04f9e253ff36c9dad8d53b03 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-01-19T12:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_EmersondeAraujoMacedo.pdf: 1706327 bytes, checksum: 1c50b4ee04f9e253ff36c9dad8d53b03 (MD5) / O Alinhamento Múltiplo de Sequências (AMS) é um problema importante em Bioinformática, permitindo a interpretação de árvores filogenéticas, a identificação de domínios e padrões conservados e a predição de estruturas secundárias. Como o AMS é um problema NP-Difícil, heurísticas são utilizadas. O programa DIALIGN-TX implementa uma heurística iterativa para calcular o AMS em três fases. A fase 1 calcula todas as comparações par a par das sequências de entrada, exigindo a maior parcela do tempo de execução para o cálculo do AMS. Esta fase possui grande potencial para execução em paralelo, pois as comparações par a par são independentes entre si. Os clusters multicore heterogêneos surgem da expansão gradual de ambientes compostos por clusters multicore homogêneos. Para explorar as características multicore e heterogênea desse sistema em cluster, é intuitivo que o emprego de um modelo de programação híbrido com trocas de mensagens e memória compartilhada seja mais apropriado, bem como de uma estratégia de alocação de tarefas que permita lidar com as diferentes capacidades de processamento de seus nós. A presente dissertação propõe e avalia um estratégia distribuída híbrida para que a ferramenta DIALIGN-TX seja executada num cluster multicore heterogêneo. A estratégia proposta foi implementada em um cluster multicore heterogêneo com três nós com capacidades de processamento e velocidades de clock diferentes. Foi utilizado um modelo híbrido de programação com troca de mensagens para a comunicação entre os nós e memória compartilhada para comunicação entre os cores de um mesmo nó. Foram implementadas três novas estratégias de alocação de tarefas, chamadas Hybrid Fixed (HFixed), Hybrid Self-Scheduling (HSS) e Hybrid Weighted Factoring (HWF). Os resultados obtidos mostraram que a solução proposta consegue reduzir de maneira bastante significativa o tempo de execução da fase 1 do AMS do DIALIGN-TX. Além disso, mostraram que a escolha de uma política de alocação de tarefas adequada é de fundamental importância para o desempenho da solução. __________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The Multiple Sequence Alignment (MSA) is an important problem in Bioinformatics, allowing interpretation of phylogenetic trees, identification of domains and conserved motifs and prediction of secondary structures. As the MSA is an NP-Hard problem, heuristics are used. The DIALIGN-TX program implements an iterative heuristic to calculate the MSA in three phases. Phase 1 calculates all pairwise comparisons of the input sequences, requiring the largest portion of execution time for the calculation of MSA. This phase has great potential for parallel execution, since its pairwise comparisons are independent from each other. The heterogeneous multicore clusters arise from the gradual expansion of environments composed of homogeneous multicore clusters. To explore the multicore and heterogenous characteristics of that cluster system, it is intuitive that the use of a hybrid programming model with message passing and shared memory is more appropriate, as well as a task allocation strategy for addressing the different computation powers in its nodes. This dissertation proposes and evaluates a hybrid distributed strategy that allows DIALIGN-TX to be executed in a heterogeneous multicore cluster. The proposed strategy was implemented in a heterogeneous multicore cluster with three nodes with diferent processing capabilities and clock speeds. A hybrid programming model with message passing for communication among nodes and shared memory for communication among cores of the same node was used. Moreover, three new strategies for task allocation were implemented: Hybrid Fixed (HFixed), Hybrid Self-Scheduling (HSS) and Hybrid Weighted Factoring (HWF). The results showed that the proposed solution can reduce quite significantly the execution time of the first phase of the MSA of DIALIGN-TX. Furthermore, they also showed that choosing an appropriate task allocation centeringpolicy has fundamental importance for the performance of the solution.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2011. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2012-02-27T16:19:33Z No. of bitstreams: 1 2011_EdansFlaviusOliveiraSandes.pdf: 1562566 bytes, checksum: 676058b28872648ff52973f27bc2f19c (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2012-02-27T20:57:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_EdansFlaviusOliveiraSandes.pdf: 1562566 bytes, checksum: 676058b28872648ff52973f27bc2f19c (MD5) / Made available in DSpace on 2012-02-27T20:57:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_EdansFlaviusOliveiraSandes.pdf: 1562566 bytes, checksum: 676058b28872648ff52973f27bc2f19c (MD5) / A comparação de sequências biológicas é uma operação muito importante na Bioinformática. Embora existam métodos exatos para comparação de sequências, estes métodos usualmente são preteridos por causa da complexidade quadrática de tempo e espaço. De forma a acelerar estes métodos, muitos algoritmos em GPU foram propostos na literatura. Entretanto, todas estas propostas restringem o tamanho da sequência de busca de forma que a comparação de sequências genômicas muito longas não é possível. Neste trabalho, nós propomos e avaliamos o CUDAlign, um algoritmo em GPU capaz de comparar sequências biológicas longas com o método exato de Smith-Waterman com o modelo affine gap. O CUDAlign foi implementado em CUDA e testado em duas placas de vídeo, separadamente. Para sequências reais com tamanho entre 1 MBP (milhões de pares de bases) e 47 MBP, um desempenho aproximadamente constante em GCUPS (Bilhões de células atualizadas por segundo) foi obtida, mostrando o potencial de escalabilidade da nossa abordagem. Além disso, o CUDAlign foi capaz de comparar o cromossomo 21 humano e o cromossomo 22 do chimpanzé. Esta operação levou aproximadamente 18 horas na GeForce GTX 285, resultando em um desempenho de 23.87 GCUPS, valor muito próximo do desempenho máximo previsto (23.93 GCUPS). Até onde sabemos, esta foi a primeira vez que cromossomos grandes como esses foram comparados com um método exato. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Biological sequence comparison is a very important operation in Bioinformatics. Even though there do exist exact methods to compare biological sequences, these methods are not often employed due to their quadratic time and space complexity. In order to accelerate these methods, many GPU algorithms were proposed in the literature. Nevertheless, all of them restrict the size of the query sequence in such a way that Megabase genome comparison is prevented. In this work, we propose and evaluate CUDAlign, a GPU algorithm that is able to compare Megabase biological sequences with an exact Smith-Waterman affine gap variant. CUDAlign was implemented in CUDA and tested in two GPU boards, separately. For real sequences whose size range from 1 MBP (Megabase Pairs) to 47 MBP, a close to uniform GCUPS (Giga Cells Updates per Second) was obtained, showing the potential scalability of our approach. Also, CUDAlign was able to compare the human chromosome 21 and the chimpanzee chromosome 22. This operation took approximately 18 hours on GeForce GTX 285, resulting in a performance of 23.87 GCUPS, very close to the maximum predicted performance (23.93 GCUPS). As far as we know, this is the first time such huge chromosomes are compared with an exact method.

Atualmente, existe um grande número de ferramentas para montagem de fragmentos de DNA disponíveis. Neste trabalho apresentamos um estudo comparativo das ferramentas CAP2, FAKtory, TIGR e PHRAP. Para realizarmos este estudo, primeiramente executamos esses sistemas de montagem sobre 12 casos de testes distintos. Após isso, tomamos os resultados obtidos por cada um deles e os comparamos com as seqüências de onde os fragmentos foram originalmente obtidos. Os testes utilizados avaliam a eficiências dos programas com relação a três problemas associados ao processo de montagem (erros no sequenciamento, fragmentos quimeras e regiões repetidas) e pudemos ver que nenhum dos sistemas é claramente superior aos demais no tratamento de todos eles. Cada ferramenta de montagem parece tratar de melhor forma um problema em especial.Além de avaliarmos os resultados, realizamos também um estudo. / Noways, several peckages for DNA fragment assembly are aviable. In this wok we present a comparative study of the preformances of the programs CAP2, FAKtory, TIGR e PHrap. To get to our objetives, we firt ran each of these programs on twelve intances. After this,we compared the outputs with the sequences from wich the fragments were originally obtained. In this comparison,we took into consideration three problems related to fragments assembly (sequencing errors, chimeric fragments and repeats regions). We conclude that no one of the packages we tested is more efficient than the others when considering all the problems cited above. If we consider a particular problem, the we observed different performances among the programs. Even more, we compare the packages with respect to theirs to CPU times.

As leishmanioses são causadas por protozoários do gênero Leishmania e apresentam diversas manifestações clínicas, sendo consideradas uma doença tropical negligenciada. Encontram-se atualmente presentes em 88 países, afetando 12 milhões de pessoas, com dois milhões de novos casos por ano. O tratamento das leishmanioses é realizado até hoje pelos mesmos quimioterápicos usados na década de 40, apesar da persistência dos efeitos colaterais. Neste sentido, o objetivo do trabalho consistiu na avaliação da atividade de derivados de benzofenonas em L. (L.) amazonensis. Além de buscar entender possíveis mecanismos de ação, através da avaliação da dosagem de óxido nítrico e do potencial de inibição enzimática nos contextos in silico e in vitro. Foram testados três benzofenonas precursoras (CM-A, CM-B e CM-C) comercialmente disponíveis e nove derivados (LFQM-115, LFQM-116, LFQM-117, LFQM-118, LFQM-119, LFQM-120, LFQM-121, LFQM-122 e LFQM-123). Inicialmente os testes foram realizados em formas promastigotas de L. (L.) amazonensis, apesar de todos os derivados serem mais eficazes que seus precursores, os melhores resultados foram exibidos por LFQM-115, LFQM-118 e LFQM-123 (IC50-PRO = 4,90; 5,05 e 5,94 μg/mL; respectivamente). A toxicidade a macrófagos peritoniais murinos foi também avaliada, e constatou-se que os derivados LFQM-117, LFQM-120, LFQM-121, LFQM-122 e LFQM123 foram os menos citotóxicos (CC50 = 140,06; 87,10; 116,20 e >160,00 μg/mL; respectivamente). A avaliação de atividade em formas amastigotas de L. (L.) amazonensis procedeu-se apenas com os derivados, sendo LFQM-120 o mais efetivo em formas intracelulares. O QlogP dos derivados de benzofenonas pode ser correlacionado com a atividade antipromastigota, bem como com a antiamastigota. A partir de então, os derivados que mostraram melhor perfil de atividade em ambas as formas do parasito e em macrófagos murinos foram selecionados (LFQM-116, LFQM-117, LFQM-119, LFQM-120 e LFQM-121) para os demais ensaios. Foi realizada a dosagem da produção de óxido nítrico (NO) nos sobrenadantes de cultura de macrófagos peritoneais murinos infectados com L. (L.) amazonensis. Neste verificou-se que os derivados benzofenônicos LFQM-119 e LFQM-120 estimularam a produção de NO, porém apenas o derivado LFQM-120 induziram uma produção de NO equivalente ao produzido por LPS. Algumas enzimas importantes para tripanossomatídeos (cruzaína, oligopeptidase B, ornitina descarboxilase e tripanotiona redutase) e representantes de importantes famílias de enzimas (papaína e tripsina) foram usadas na análise por docking molecular. Algumas destas foram também utilizadas para a avaliação do potencial de inibição enzimática experimental (papaína, cruzaína, tripsina e oligopeptidase B), tendo o derivado LFQM-116 exibido valores de IC50 = 7,54; 8,44; 8,59 e 14,25 μg/mL; respectivamente. Adicionalmente, é possível verificar a ação multi-alvo do derivado LFQM-120. Portando, este trabalho mostrou a ação de derivados de benzofenonas em ambas as formas de L. (L.) amazonensis, descrevendo ainda o ganho na atividade biológica com as modificações estruturais feitas em seus precursores. Além de ajudar a entender possíveis mecanismos de ação de tais compostos e ainda possibilitar a seleção dos compostos mais efetivos in vitro, os quais poderão então ser utilizados em futuros testes in vivo. / Leishmaniasis are caused by protozoa of the genus Leishmania and present diverse clinical manifestations being considered a neglected tropical disease. Are currently present in 88 countries affecting 12 million people with two million new cases per year. Treatment of leishmaniasis is held today by the same chemotherapy used in the 40s, despite the persistence of side effects. In this sense, the goal of the study was to evaluate the activity of benzophenone derivatives in L. (L.) amazonensis. Besides seeking to understand possible action mechanisms by evaluating the measurement of nitric oxide and the potential of enzyme inhibition in the contexts in silico and in vitro. Were tested three benzophenone precursors (CM-A, CM-B and CM-C) commercially available and nine derivatives (LFQM-115, LFQM-116, LFQM-117, LFQM-118, LFQM-119, LFQM-120-LFQM 121, LFQM-122 and LFQM-123). Initially tests were performed in promastigotes of L. (L.) amazonensis, although all derivatives being more effective than their precursors, the best results were exhibited by LFQM-115, LFQM-118 and LFQM-123 (IC50-PRO = 4.90, 5.05 and 5.94 μg/mL, respectively). The toxicity to murine peritoneal macrophages was also evaluated, and it was found that derivatives LFQM-117, LFQM-120, LFQM-121, LFQM-122 and LFQM-123 were less cytotoxic (CC50 = 140.06, 87.10, 116.20 and > 160.00 μg/mL, respectively). The assessment of activity in amastigotes of L. (L.) amazonensis proceeded only with derivatives, being LFQM-120 the most effective in intracellular forms. The QlogP of benzophenone derivatives can be correlated with antipromastigote activity, as well as antiamastigote one. Since, derivatives that showed better activity profile in both forms of the parasite and in murine macrophages were selected (LFQM-116, LFQM-117, LFQM-119, LFQM -120 and LFQM-121) for the remaining tests. Was performed the dosage of nitric oxide (NO) in the culture supernatants of murine peritoneal macrophages infected with L. (L.) amazonensis. In this, it has been found that benzophenone derivatives LFQM-119 and LFQM-120 stimulated NO production, but only the derivative LFQM-120 induced a NO production equivalent to that produced by LPS. Some important enzymes in trypanosomatids (cruzain, oligopeptidase B, ornithine decarboxylase and trypanothione reductase) and representatives of major families of enzymes (papain and trypsin) were used in the analysis by molecular docking. Some of these were also used to assess the potential for experimental enzyme inhibition assay (papain, cruzain, trypsin and oligopeptidase B), the results exhibited by LFQM-116 were IC50 = 7.54, 8.44, 8.59 and 14.25 μg/ml, respectively. Additionally, it’s possible to check the multi-target action of the derivative LFQM-120. Therefore, this work shows the action of benzophenone derivatives in both forms of L. (L.) amazonensis, also describing the gain in biological activity with structural changes made to their precursors. Besides helping to understand possible mechanisms of action of these compounds and also allow the selection of the most effective compounds in vitro, which may then be used in future in vivo tests. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

A malária é uma doença infecciosa que afeta principalmente populações de países pobres vivendo em áreas tropicais. É transmitida pela picada de insetos do gênero Anopheles. Seu agente infeccioso é um protozoário do gênero Plasmodium, quatro espécies infectam o ser humano, Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium malariae e Plasmodium ovale, sendo a primeira a espécie mais letal. Não existe uma vacina para a doença e o tratamento é quimioterápico, fármacos como quinina, cloroquina, pirimetamina, sulfadoxina, atovaquona e artemisina são empregados. Entretanto, o uso prolongado desses fármacos, a monoterapia e a interrupção precoce do tratamento tem favorecido o surgimento e estabelecimento de plasmócitos resistentes, que sobrevivem apesar da administração do fármaco. Muitos dos mecanismos de resistência são resultantes de mutações pontuais, que podem alterar um ou mais resíduos de aminoácidos presentes na cadeia proteica, de forma que a afinidade de ligação entre fármaco e a proteína fica comprometida e a inibição não mais ocorre. Torna-se então necessário a pesquisa por novas moléculas que possam atuar como fármacos capazes de combater plasmócitos mutantes. A enzima dihidrofolato redutase de Plasmodium falciparum pertence à via do ácido fólico e é inibida pelos fármacos pirimetamina e cicloguanil. Mutações A16V/S108T tornam o parasita resistente ao cicloguanil e N51I/C59R/S108N/I164L à pirimetamina. Por meio de modelagem por homologia, geraram-se novas estruturas tridimensionais dessa enzima, com mutações sítio-dirigida em outros resíduos de aminoácidos presentes no sítio ativo. Realizou-se então estudo de docking utilizando-se essas estruturas modelo, procurando-se sugerir outros mutantes que também teriam baixa afinidade com os fármacos, podendo então originar possíveis plasmócitos resistentes. Selecionaram-se algumas das enzimas mutantes e se realizou um virtual screening com novas moléculas obtidas da base de dados NCI Diversity Set II para se procurar protótipos para novos fármacos. A enzima dihidrofolato redutase existe como uma molécula bifuncional ligada com a enzima timidilato sintase por meio de uma região de junção de 89 aminoácidos, realizou-se também virtual screening visando moléculas que interagissem com a região de junção que, segundo alguns autores, pode ser alvo para a ação de fármacos não competitivos. / Malaria is an infectious disease that affects mostly poor populations living in tropical areas. It is transmitted by bite of insects of genus Anopheles. Infectious agent is a protozoan of the genus Plasmodium, four species infect humans, Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium malariae and Plasmodium ovale, the first is the most lethal. There is no vaccine for the disease and the treatment is chemotherapy, drugs like quinine, chloroquine, pyrimethamine, sulfadoxine, atovaquone and artemisinin are employed. However, prolonged use of these drugs, monotherapy and early discontinuation of treatment has favored the emergence and establishment of resistant strains, which survive despite the administration of the drug. Many of resistance mechanisms are due to mutations that may alter one or more amino acid residues present in the protein chain, such that the binding affinity between the drug and the protein is compromised and not inhibition occurs. It then becomes necessary to search for new molecules that can act as drugs capable of fighting mutant strains. The Plasmodium falciparum’s dihydrofolate reductase enzyme belongs to the path of folic acid and is inhibited by drugs pyrimethamine and cycloguanil. A16V/S108T mutation becomes the parasite resistant to cycloguanil and N51I/C59R/S108N/I164L mutation to pyrimethamine. Through homology modeling, were generated new three-dimensional structures of this enzyme, with site-directed mutations in other amino acid residues present in the active site. Then docking study using these model structures was conducted, seeking to suggest other mutants that also have low affinity for inhibitors, which may then lead to possible strains resistant. We selected some of the mutant enzymes and conducted a virtual screening with new molecules obtained from the database NCI Diversity Set II to search prototypes for new drugs. The enzyme dihydrofolate reductase exists as a bifunctional molecule bound to the enzyme thymidylate synthase through a junction region of 89 amino acids, we also perform virtual screening targeting molecules that interact with the junction region, according to some authors, can be targeted for action of noncompetitive drugs. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O câncer de pulmão é a neoplasia maligna mais insidiosa da oncologia, sendo responsável pelo maior número de mortes relacionadas ao câncer no mundo. Oitenta e cinco por cento dos casos de câncer de pulmão são de não-pequenas células (CPNPC), onde sua maioria é adenocarcinoma. Apesar dos progressos nas pesquisas em câncer, o prognóstico de pacientes em estágios avançados permanece ruim, portanto faz-se necessária o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas. Nesse trabalho, focamos no metabolismo energético tumoral, o qual apresenta alto consumo de glicose e liberação de lactato mesmo na presença de oxigênio, o chamado Efeito Warburg. Outras vias metabólicas também encontram-se alteradas, processo conhecido como reprogramação metabólica. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é buscar possíveis marcadores tumorais e alvos terapêuticos envolvidos no metabolismo energético, através de uma abordagem que começa na bioinformática, de forma a prospectar candidatos a partir de uma vasta gama de genes envolvidos com o metabolismo. Foram selecionados os genes IDH1, LDHA e PYGB a partir de uma análise de enriquecimento gênico, os quais foram submetidos a análises de sobrevida em bancos de dados de microarranjo. Em seguida, o nível de expressão das proteínas IDH1 e LDHA foi avaliado por imunohistoquímica em uma coorte clínica, onde pudemos observar um aumento na expressão de IDH1 em tumores em relação a tecidos pulmonares sadios. Ainda, em modelo celular, observamos que ambas as proteínas estavam aumentadas em células tumorais de adenocarcinoma pulmonar em relação a células sadias de pulmão. Ao combinar o inibidor de LDHA, oxamato, com cisplatina na linhagem de adenocarcinoma pulmonar A549, foi observado uma interação de sinergismo e, na linhagem pulmonar sadia NHBE, foi observado um antagonismo, de forma que essa abordagem se mostra promissora na terapêutica. Já ao combinar o inibidor de IDH1, oxalomalato, com cisplatina na linhagem A549, foi observado um antagonismo. Assim, esse estudo demonstrou um possível papel de biomarcador para adenocarcinoma pulmonar para a enzima IDH1 e um possível papel terapêutico para a enzima LDHA.