Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-07-21T16:19:42Z No. of bitstreams: 2 2016_HeideMunizSilva.pdf: 6047221 bytes, checksum: 393ff7b5b49bc2e5512f55136faab835 (MD5) 2016_HeideMunizSilva.pdf: 6047221 bytes, checksum: 393ff7b5b49bc2e5512f55136faab835 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-22T20:05:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 2016_HeideMunizSilva.pdf: 6047221 bytes, checksum: 393ff7b5b49bc2e5512f55136faab835 (MD5) 2016_HeideMunizSilva.pdf: 6047221 bytes, checksum: 393ff7b5b49bc2e5512f55136faab835 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-22T20:05:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 2016_HeideMunizSilva.pdf: 6047221 bytes, checksum: 393ff7b5b49bc2e5512f55136faab835 (MD5) 2016_HeideMunizSilva.pdf: 6047221 bytes, checksum: 393ff7b5b49bc2e5512f55136faab835 (MD5) / Com o advento das plataformas de sequenciamento de alto desempenho (HTS), tornou-se possível obter amplas amostragens das bibliotecas produzidas por phage display, cujo enorme volume dificulta a análise da diversidade das bibliotecas bem como a detecção de clones selecionados, a qual classicamente é realizada por ensaios de afinidade do anticorpo pelo antígeno. Considerando tal desafio, foi desenvolvido um método in silico automatizado para a análise de sequências de imunoglobulinas produzidas por phage display, que permite encontrar clones selecionados, a partir de bibliotecas sequenciadas por plataformas HTS. O método é composto por 6 etapas: montagem de reads, filtragem de sequências, tradução, análise de enriquecimento, numeração de resíduos e classificação de germlines. Para validar o método, foram analisados três conjuntos de dados, cada um contendo as bibliotecas original e final, sendo dois deles sequenciados pela plataforma Illumina, e o terceiro pela plataforma 454 Roche. A análise completa de cada par de bibliotecas foi executada em menos de 3 horas. Os tempos de execução promissores devem-se principalmente aos programas de tradução e cálculo de frequência dos clones, os quais foram desenvolvidos com estratégias inteligentes para analisar bibliotecas contendo mais de 106 reads, em menos de 5 minutos. Como saída final, é produzida uma lista de clones candidatos, enriquecidos e reconhecidos como domínio variável de imunoglobulina, ordenados por fold change de frequência e com sua respectiva classificação de germlines, os quais muito provavelmente foram selecionados pelo experimento de phage display. Além da eficiência do método no que diz respeito ao curto tempo necessário para sua execução, a abordagem utiliza um critério biológico para detectar clones candidatos, baseando-se nas marcas canônicas de domínio variável de imunoglobulina. / Since high-throughput sequencing (HTS) platforms provide larger sampling of phage display libraries, the amount of data imposes challenges to analyze libraries diversity and to find selected clones, which are traditionally tested by antibody affinity assays. Considering that, we developed an automated in silico method to analyze immunoglobulin sequences produced by phage display, which allows the detection of selected clones, from libraries sequenced by HTS platforms. The method consists of 6 steps: reads joining, sequence filtering, translation, enrichment analysis, residues numbering and germline classification. In order to validate the method, 3 sets of data were analysed, each containing initial and final phage display libraries, being 2 sets sequenced by Illumina and one by 454 Roche platform. The complete analysis of each pair of libraries was performed in less than 3 hours. The promising execution time is mainly due to the translation and frequency calculation programs, which were developed with intelligent strategies to process libraries composed of more than 106 reads, in less than 5 minutes. As final output, the method creates a list of candidate clones, enriched and recognized as immunoglobulin variable domain, sorted by fold change of frequency and classified by germline, which probably were selected by phage display experiments. Besides the efficiency of the method concerning the fast performance, the present approach uses a biological criterion to find candidate clones, based on canonical signature of immunoglobulin variable domain.

O crescente corpo de informações gerado pelo desenvolvimento de técnicas de altodesempenho, como sequenciamento de DNA em larga escala, técnicas de microarranjo de DNA, hibridização de proteínas, etc., tem evidenciado uma intrincada relação entre os diversos personagens que compõe os sistemas biológicos. Alguns dos sistemas bioquímicos presentes em organismos modernos surgiram há bilhões de anos e estavam presentes em organismos primitivos, ao passo que determinados sistemas são mais recentes e específicos de alguns grupos taxonômicos. O entendimento das relações entre os diferentes personagens dos sistemas biológicos apresenta-se como fundamental para a compreensão da vida e a avaliação dos aspectos evolutivos que permearam a constituição dos sistemas bioquímicos e suas intrincadas inter-relações pode auxiliar sobremaneira no estudo da biologia. Diversas teorias encontram-se bem estabelecidas no estudo evolutivo em nível de espécies e populações. Da mesma maneira, há um extenso acervo bibliográfico acerca da evolução de genes individuais. Entretanto, o surgimento, estabelecimento e evolução dos sistemas bioquímicos permanecem escassamente estudados. Na presente tese, partimos da análise de dois sistemas bioquímicos, o sistema de apoptose e o sistema de estabilidade genômica, os quais são bastante associados em mamíferos. Apesar da íntima relação entre esses sistemas, eles foram originados em momentos diferentes da evolução. Buscamos reconstruir o cenário evolutivo que uniu os sistemas de apoptose e estabilidade genômica, onde encontramos uma relação direta entre ancestralidade, essencialidade e clusterização. Os resultados também sugerem uma relação inversa entre essas três características e plasticidade. A análise de plasticidade efetuada na rede de apoptose e estabilidade genômica foi ampliada para 4850 famílias de proteínas em 55 eucariotos, apresentando basicamente os mesmos resultados, indicando um mecanismo geral de evolução do genoma. Subsequentemente, propusemos um modelo matemático de crescimento do genoma onde a novidade genética surge por duplicação de genes muito conectados e pouco clusterizados. A rede artificial obtida mimetiza diversos aspectos topológicos das redes biológicas conhecidas. Os resultados analisados em conjunto sugerem um mecanismo geral de evolução do genoma, onde a novidade genética surge na porção mais plástica do genoma, basicamente por duplicação gênica. Essa duplicação ocorre prioritariamente nos hubs intermodulares. / The increasing body of information generated by high-throughput techniques, such as DNA sequencing, genome-wide microarray, and two-hybrid system, has unveiled an intricate relationship among different components of biological systems. Some of the biological systems found in modern organisms have their origins billion years ago and were present in primitive organisms. On the other hand, some biological systems are more recent and specifically related to some taxa. The characterization of the relationships involving the different components of biological systems is crucial to the understanding of life. Additionally, the evaluation of evolutionary aspects which work in biochemical systems construction, modeling their intricate relationship, could help improve biological research field. Several theories are well-established in evolutionary research of species and population. Likewise, there is plenty of bibliography concerning individual gene evolution. However, there is paucity of data concerning the origin, establishment, and evolution of entire biological systems. In the present thesis, we start by analyzing two biochemistry systems: apoptosis and genome stability. These systems are considerably associated in mammals. Despite its entangled functioning, each system has emerged in different points of evolution. We reconstructed the evolutionary scenario which entangled both systems. We found a direct relationship among ancestrality, essentiality, and clustering. Our results also suggest an inverse relationship of these three proprieties with plasticity. The same plasticity analysis used in apoptosis and genome stability systems was amplified to 4850 gene families in 55 eukaryotes, showing basically the same results. It suggests a general mechanism of genome evolution. We then propose a genome growth model where genetic novelty arrives through gene duplication of highly connected but not so clustered genes. The resulting artificial network reproduces several known topological aspects of biological networks. The results, when simultaneously analyzed, suggest general genome evolution mechanisms, where the genetic novelty arrives in more plastic area of the genome, basically by gene duplication. That duplication occurs mainly in intermodular hubs.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2006. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-11-19T09:50:09Z No. of bitstreams: 1 2006_Rodrigo Cesar de Castro Miranda.pdf: 1217413 bytes, checksum: b795d83c3403735f516c590acd5e861f (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2009-11-26T16:50:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Rodrigo Cesar de Castro Miranda.pdf: 1217413 bytes, checksum: b795d83c3403735f516c590acd5e861f (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-26T16:50:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Rodrigo Cesar de Castro Miranda.pdf: 1217413 bytes, checksum: b795d83c3403735f516c590acd5e861f (MD5) Previous issue date: 2006-12-19 / A pesquisa aproximada de padrões em um texto é um problema importante para a ciência da computação. A pesquisa de algoritmos eficientes para solucionar esse problema influencia o desenvolvimento de aplicações em áreas como biologia computacional e pesquisa textual em grandes massas de dados (como a web, por exemplo). Mas para o tratamento de volumes de informação da magnitude envolvida nessas aplicações, o uso eficiente de tempo e espaço é uma condição essencial. A solução mais conhecida para esse problema é um algoritmo de programação dinâmica com complexidade O(mn) para duas palavras P e T de comprimento m e n. Landau e Vishkin desenvolveram um algoritmo que usa árvores de sufixos para acelerar a computação de caminhos da tabela de programação dinâmica que correspondem às ocorrências de um padrão em um texto com no máximo k diferenças, cuja complexidade de tempo e espaço está em O(kn). Nesse algoritmo as árvores de sufixos são utilizadas para permitir o cálculo em tempo constante do comprimento do maior prefixo comum entre quaisquer dois sufixos de P e T. Propusemos e implementamos uma variação do algoritmo de Landau e Vishkin que usa arranjos de sufixos para esse cálculo, melhorando o uso de espaço e mantendo um desempenho similar, e apresentamos a relação de custo e benefício de cada alternativa examinada. Com isso, desenvolvemos um mecanismo que torna possível substituir o uso de árvores de sufixos por arranjos de sufixos em determinadas aplicações, com ganho no uso de espaço, o que permite processar um volume maior de informações. A modificação realizada não é trivial, pois os algoritmos e estruturas de dados utilizadas são complexos, e os parâmetros de desempenho e uso de espaço rigorosos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Approximate pattern matching in an important problem in computer science. The research of efficient solutions for this problem influences the development of applications in disciplines such as computational biology and searching the web, and in order to be able to handle such massive ammounts of information the efficient use of computational resources is a necessary condition. The most known solution for the approximate pattern matching problem is a dynamic programming algorithm which has O(mn) complexity given two strings P and T of length m and n. Landau and Vishkin developed a O(kn) algorithm which uses suffix trees for a faster computation of paths along the dynamic programming table that correspond to matches of a pattern in a text with at most k differences. In this algorithm the suffix trees are used for a constant-time calculus of the longest common extension of any two suffixes of P and T. We proposed and implemented a variation of Landau and Vishkin’s algorithm which uses suffix arrays for this calculus, improving the space requirements of the algorithm while keeping a similar running time performance, and present the costs and benefits of each algorithm. In order to achieve this we developed a technique that makes it possible to replace the use os suffix trees for suffix arrays in certain applications with an improved memory usage that allows the processing of a larger ammount of information. The modifications done were not trivial ones, as the algorithms and data structures involved are very complex, and the parameters for accepted running time performance and space usage are very rigorous.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2010. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-04-14T16:42:02Z No. of bitstreams: 1 2010_JoseCarlosTedesque.pdf: 1600384 bytes, checksum: e92c9073b0fa5d9c4af01ae4213dcb77 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-04-15T00:16:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_JoseCarlosTedesque.pdf: 1600384 bytes, checksum: e92c9073b0fa5d9c4af01ae4213dcb77 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-04-15T00:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_JoseCarlosTedesque.pdf: 1600384 bytes, checksum: e92c9073b0fa5d9c4af01ae4213dcb77 (MD5) / A utilização de recursos computacionais (estações de trabalho e servidores) instalados em instituições de pesquisa e de ensino localizadas em Brasília permitiu construir em 2006 uma rede Peer-to-Peer, denominada p2pBIOFOCO, que ligava essas instituições. Essa rede é destinada ao processamento de aplicações de Bioinformática. Nesse sistema, dois problemas impactavam bastante a eficiência do sistema: a localização dos hosts e o escalonamento de tarefas. Para solucionar o primeiro problema, modificou-se o sistema incluindo-se um novo mecanismo de busca dos peers. Desse modo, foi implementada uma rede que utiliza o algoritmo de uma estrutura de armazenamento distribuída, a DHT (Distributed Hash Table) [102], adotando-se o protocolo Kademlia. Este trabalho visa solucionar o problema de escalonamento de tarefas no p2pBIOFOCO, implementando uma estratégia que permita incorporar ao p2pBIOFOCO o uso flexível de escalonadores. Mais especificamente, utilizamos o método WQR como escalonador. Além disso, incluímos um mecanismo de transferência eficiente de dados utilizando o método DP-RR, muito útil para aplicações de Bioinformática. Os experimentos realizados mostraram que o p2pBIOFOCO teve um melhor desempenho com a incorporação desses dois métodos, mostrando que ele pode ser usado para aumentar a capacidade de processamento tanto de anotação quanto de análises comparativas em projetos de sequenciamento de alto desempenho. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The use of computer resources (work stations and servers) installed in research and teaching institutions located in Brasilia allowed us to construct in 2006 a network Peer-to-Peer, called p2pBIOFOCO that linked that institutions. This network is intended for processing Bioinformatics applications. In this system, two problems have been impacted enough the efficiency of the system: the location of hosts and the scheduling of tasks. To solve the first problem, we changed the system including a new mechanism for searching peers. Thereby, it was implemented a network which uses the algorithm of a structure of distributed storage, DHT (Distributed Hash Table) [102], adopting the protocol Kademlia. This work seeks to solve the problem of scheduling of tasks in p2pBIOFOCO, implementing a strategy to incorporate the p2pBIOFOCO the flexible use of schedulers. More specifically, we used the method WQR as scheduler. In addition, we have included a efficient data transfer mechanism using the method DP-RR, very useful for Bioinformatics applications. The experiments showed that the p2pBIOFOCO had a better performance with the incorporation of the two methods, showing that it can be used to increase processing capacity both notation as comparative analyzes in sequencing projects of high performance.

O crescente corpo de informações gerado pelo desenvolvimento de técnicas de altodesempenho, como sequenciamento de DNA em larga escala, técnicas de microarranjo de DNA, hibridização de proteínas, etc., tem evidenciado uma intrincada relação entre os diversos personagens que compõe os sistemas biológicos. Alguns dos sistemas bioquímicos presentes em organismos modernos surgiram há bilhões de anos e estavam presentes em organismos primitivos, ao passo que determinados sistemas são mais recentes e específicos de alguns grupos taxonômicos. O entendimento das relações entre os diferentes personagens dos sistemas biológicos apresenta-se como fundamental para a compreensão da vida e a avaliação dos aspectos evolutivos que permearam a constituição dos sistemas bioquímicos e suas intrincadas inter-relações pode auxiliar sobremaneira no estudo da biologia. Diversas teorias encontram-se bem estabelecidas no estudo evolutivo em nível de espécies e populações. Da mesma maneira, há um extenso acervo bibliográfico acerca da evolução de genes individuais. Entretanto, o surgimento, estabelecimento e evolução dos sistemas bioquímicos permanecem escassamente estudados. Na presente tese, partimos da análise de dois sistemas bioquímicos, o sistema de apoptose e o sistema de estabilidade genômica, os quais são bastante associados em mamíferos. Apesar da íntima relação entre esses sistemas, eles foram originados em momentos diferentes da evolução. Buscamos reconstruir o cenário evolutivo que uniu os sistemas de apoptose e estabilidade genômica, onde encontramos uma relação direta entre ancestralidade, essencialidade e clusterização. Os resultados também sugerem uma relação inversa entre essas três características e plasticidade. A análise de plasticidade efetuada na rede de apoptose e estabilidade genômica foi ampliada para 4850 famílias de proteínas em 55 eucariotos, apresentando basicamente os mesmos resultados, indicando um mecanismo geral de evolução do genoma. Subsequentemente, propusemos um modelo matemático de crescimento do genoma onde a novidade genética surge por duplicação de genes muito conectados e pouco clusterizados. A rede artificial obtida mimetiza diversos aspectos topológicos das redes biológicas conhecidas. Os resultados analisados em conjunto sugerem um mecanismo geral de evolução do genoma, onde a novidade genética surge na porção mais plástica do genoma, basicamente por duplicação gênica. Essa duplicação ocorre prioritariamente nos hubs intermodulares. / The increasing body of information generated by high-throughput techniques, such as DNA sequencing, genome-wide microarray, and two-hybrid system, has unveiled an intricate relationship among different components of biological systems. Some of the biological systems found in modern organisms have their origins billion years ago and were present in primitive organisms. On the other hand, some biological systems are more recent and specifically related to some taxa. The characterization of the relationships involving the different components of biological systems is crucial to the understanding of life. Additionally, the evaluation of evolutionary aspects which work in biochemical systems construction, modeling their intricate relationship, could help improve biological research field. Several theories are well-established in evolutionary research of species and population. Likewise, there is plenty of bibliography concerning individual gene evolution. However, there is paucity of data concerning the origin, establishment, and evolution of entire biological systems. In the present thesis, we start by analyzing two biochemistry systems: apoptosis and genome stability. These systems are considerably associated in mammals. Despite its entangled functioning, each system has emerged in different points of evolution. We reconstructed the evolutionary scenario which entangled both systems. We found a direct relationship among ancestrality, essentiality, and clustering. Our results also suggest an inverse relationship of these three proprieties with plasticity. The same plasticity analysis used in apoptosis and genome stability systems was amplified to 4850 gene families in 55 eukaryotes, showing basically the same results. It suggests a general mechanism of genome evolution. We then propose a genome growth model where genetic novelty arrives through gene duplication of highly connected but not so clustered genes. The resulting artificial network reproduces several known topological aspects of biological networks. The results, when simultaneously analyzed, suggest general genome evolution mechanisms, where the genetic novelty arrives in more plastic area of the genome, basically by gene duplication. That duplication occurs mainly in intermodular hubs.

A aterosclerose é uma doença pró-inflamatória, caracterizada por disfunção endotelial e pela presença de placa de ateroma, formada pela fagocitose de oxLDL por macrófagos da região subíntima. As espécies reativas apresentam um papel importante na doença, sendo responsáveis diretos pela oxidação da LDL. Os macrófagos podem apresentar dois fenótipos, o classicamente ativado, M1 (pró-inflamatório), e o alternativamente ativado, M2 (anti-inflamatório). Entretanto, o papel desses fenótipos na aterosclerose ainda carece de um maior entendimento. Portanto, nosso objetivo foi, em um primeiro momento, revisar os dados presentes na literatura sobre oxidação de LDL e fenótipos de macrófagos em aterosclerose. Em um segundo momento, objetivamos comparar (através de estudo de bioinformática) as expressões de grupos de genes antioxidantes (HAG), de genes relacionados ao fenótipo M1 e de genes relacionados ao fenótipo M2 entre macrófagos de pessoas com aterosclerose e de pessoas saudáveis e entre placas de aterosclerose humanas em estágio avançado e em estágio inicial. Os dados de expressão foram obtidos do repositório GEO (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/), enquanto as interações funcionais foram obtidas com os programas STRING (http://string-db.org/) e Medusa (http://coot.embl.de/medusa/). As análises estatísticas foram conduzidas com o programa ViaComplex (http://lief.if.ufrgs.br/pub/biosoftwares/viacomplex/) ze com a plataforma GSEA (http://www.broadinstitute.org/gsea/index.jsp). A expressão dos grupos de genes HAG e M1 aumentou nas placas em estágio avançado em comparação às placas em estágio inicial. A expressão dos grupos de genes HAG, M1 e M2 aumentou nos macrófagos de pessoas com aterosclerose em comparação com os macrófagos de pessoas saudáveis, mas somente o grupo de genes M1 teve sua expressão aumentada em células espumosas (foam cells) de pessoas com aterosclerose em comparação com pessoas saudáveis. Por outro lado, houve uma diminuição na expressão do grupo de genes M1 em foam cells de pessoas saudáveis em comparação com macrófagos do mesmo grupo de indivíduos. Portanto, nossos resultados sugerem que, diferente do que acontece em câncer, na aterosclerose não há uma polarização dos fenótipos de macrófagos. Na verdade, ambos estão aumentados e mais estudos são necessários para melhor elucidar os mecanismos envolvidos. Palavraschave: antioxidantes, aterosclerose, macrófagos, polarização, M1/M2. / Atherosclerosis is a pro-inflammatory disease, which is characterized by endothelial dysfunction and atheroma plaque formation, as a result of oxLDL phagocytosis by macrophages in subintima region. Reactive species play an important role, being involved with the LDL oxidation process. Macrophages can present two phenotypes, classically activated, M1 (pro-inflammatory), and the alternatively activated, M2 (antiinflammatory). However, the role of these phenotypes needs to be better explained. Therefore, our objective is to review the literature data about LDL oxidation and macrophage phenotypes in atherosclerosis. Thereafter, we aimed to compare, through bioinformatics study, the expression of human antioxidant genes (HAG), M1 phenotype-related genes and M2 phenotype-related genes groups between healthy people macrophages and atherosclerotic people macrophages, and between human advanced atherosclerotic plaques and human initial atherosclerotic plaques. Expression data were obtained from GEO (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/), while functional interactions were from STRING (http://string-db.org/) and Medusa (http://coot.embl.de/medusa/). The statistical analysis was conducted with ViaComplex (http://lief.if.ufrgs.br/pub/biosoftwares/viacomplex/) and GSEA (http://www.broadinstitute.org/gsea/index.jsp). The expression of HAG e M1 groups increased in advanced plaques compared to initial plaques, while the expression of HAG, M1 e M2 groups increased in atherosclerotic people macrophages compared to healthy people macrophages. Nevertheless, only M1 group had its expression elevated in atherosclerotic people foam cells compared to healthy people foam cells. On the other hand, there was a decreased expression of M1 group in healthy people foam cells compared to the macrophages from the same individuals set. Thus, our results suggest that in atherosclerosis there is not a macrophage phenotype polarization, differently of what happens for cancer. Actually, both phenotypes are increased and more studies are needed to better elucidate the involved mechanisms. Key-words: antioxidants, atherosclerosis, macrophages, polarization, M1/M2.

As células de lugar são neurônios hipocampais que apresentam atividade correlacionada com a posição no espaço, só disparam quando o animal cruza uma determinada região no ambiente. Acredita-se que as células de lugar sejam responsáveis por formar mapas neurais do espaço físico, e que estão intimamente envolvidas com o processamento da memória espacial. Além disso, estudos mostram que as células de lugar podem ser fundamentais para a projeção mental, o planejamento de trajetória, e imaginação. Alguns trabalhos identificaram que a atividade das células de lugar pode ocorrer em modos de atividade distintos, os quais representam funcionalidades distintas na rede. Em geral esses trabalhos utilizam experimentos em plataformas lineares que restringem as análises dos perfis de atividade das células de lugar. Nesse trabalho construímos um laboratório de análises computacionais para avaliar o perfil de atividade de neurônios hipocampais caracterizados como células de lugar e utilizamos dados de eletrofisiologia disponíveis em um repositório digital (crcns.org) para realizar análises dos modos de atividade das células de lugar. Como resultados, obtivemos sucesso em demonstrar a ocorrência de modos de atividade distintos, que se assemelham ao disposto na literatura, bem como avaliar diversas características da atividade das células de lugar que servem de suporte para as teorias de memória espacial, planejamento de rota e projeção mental. / Place cells are hippocampal neurons whose activity is correlated with position in space, they only fire when the animal crosses a specific region in the environment. It is believed that place cells are responsible for forming neural maps of the physical space and that they are intimately related with the processing of spatial memories. Besides, studies have shown that place cells can play a central role in mind traveling, route planning, and imagination. Some works found that place cells may have distinct modes of activity, which represents distinct functionalities in the network. Generally these works use experiments in linear platforms that difficult the analysis of the activity profile of place cells. In this work we build a laboratory of computational analysis to evaluate the activity profile of hippocampal neurons described as place cells, and we use electrophysiological data from a digital repository (crcns.org) to perform analysis of activity modes of place cells. As results, we have successfully shown the occurrence of distinct activity modes, which are in accordance with literature, as well as evaluate a series of activity features of place cells which serve to support theories like route planning, mind traveling and spatial memory.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000444045-Texto+Completo-0.pdf: 8676416 bytes, checksum: 5dc6fddb810c5c4102aeef934f1d8983 (MD5) Previous issue date: 2012 / Metagenomic sequencing technologies are advancing rapidly and the size of output data from high-throughput genetic sequencing has increased substantially over the years. Our optimízations and performance evaluations are focused in some of the most critical and time-consuming steps of a metagenomic analysís: pre-processing, taxonomic classification assignment and post-processing of classification results. Optimizations and functions were implemented and introduced in a new architecture, PANGEA+, based on the PANGEA metagenomic pipeline. The main improvements of the present tool are: support of new input file formats and NCBI taxonomy database, new species classification methods, consensus analysis, implementation of distributed memory (MPI) for species classification step, and low complexity optimizations for the post-processing of classification results. The evaluation of the new architecture, shows remarkable improvements in many features and, mainly, in the species classification accuracy and performance. / As tecnologias de sequenciamento metagenômico tem avançado rapidamente e a quantidade de dados gerados a partir do sequenciamento em larga escala tem aumentado substancialmente ao longo dos anos. As presentes otimizações e avaliações de desempenho tem foco em algumas das etapas mais críticas e que consomem mais tempo em uma análise metagenômica: pré-processamento, classificação taxonômica e pós - processamento dos resultados de classificação. Otimizações e funções foram implementadas e introduzidas em uma nova arquitetura, PANGEA+, baseada no pipeline metagenômico PANGEA. Os principais melhoramentos alcançados com a presente ferramenta foram: suporte a vários formatos de arquivos de entrada e a base de dados taxonômicos do NCBI, novos métodos de classificação de espécies incluídos, análise consenso, implementação de memória distribuída para a fase de classificação de espécies, otimizações de baixa complexidade para o pós-processamento dos resultados de classificação. A avaliação da nova arquitetura, PANGEA+, demonstra melhoramentos consideráveis em várias funcionalidades e, principalmente, na etapa de classificação de espécies, tanto em exatidão quanto em desempenho computacional.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000443882-Texto+Completo-0.pdf: 1538805 bytes, checksum: 0ca0fe774889aa54673d3442302094d2 (MD5) Previous issue date: 2010 / PEDS can be used in research activities and in the teaching of molecular modeling, being enough flexible to be integrated to other software of molecular docking. The preparation and Execution of Docking Simulation (PEDS), is auxiliary tool in preparation of a set of molecules obtained from the ZINC database, automatically positioning the ligand candidate in a region determined by the specialist using the residues of the ligand candidate to calculate the coordinates to move it to. Based on this information, PEDS can prepare scripts e execute the molecular docking to run with AutoDock 3. 0. 5. PEDS was validated using InhA as receptor in two conformations, (1ENY e 1BVR), always with same structure as reference and two ligands, TCL and ETH. It was possible to verify that molecular docking moved the ligand near to active site of receptor, using the position calculated by PEDS. PEDS can be enhanced to use another input and output file formats, having its code available for free distribution. / O PEDS pode ser utilizado nas atividades de pesquisa bem como no ensino de modelagem molecular sendo suficientemente flexível para ser integrado a outros programas de docagem molecular. O Preparation and Execution of Docking Simulation (PEDS), é auxiliar na preparação de um conjunto de moléculas obtidas do banco de dados ZINC, posicionando automaticamente os candidatos a ligantes em áreas determinadas pelo especialista, usando um conjunto de resíduos informados para calculo de coordenadas, e com base nestas informações, prepara os scripts de processamento e executa a docagem molecular utilizando o AutoDock 3. 0. 5. O PEDS foi validado utilizando-se o receptor InhA em duas conformações (1ENY e 1BVR), sempre com uma estrutura de referência e dois ligantes, o TCL e a ETH. Foi possível verificar que a docagem molecular colocou o ligante próximo ao sítio ativo, partindo da posição calculada pelo PEDS. O PEDS pode ser aprimorado para utilização de outros formatos de arquivos de entrada e saída, sendo seu código fonte disponível para distribuição.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000438211-Texto+Completo-0.pdf: 1765612 bytes, checksum: c7adb8a9601c78a38e044070d6b5568e (MD5) Previous issue date: 2012 / Molecular docking simulations of Fully-Flexible Protein Receptor (FFR) models are coming of age. However, they are computer intensive and their sequential execution can became an unfeasible task. This study presents a middleware, called Flexible Receptor Middleware (FReMI), to assist in faster docking simulations of flexible receptors. FReMI handles intensive tasks and data of totally fully-flexible receptor models in virtual screening and, provides the interoperability between a Web Fully-flexible Docking Workflow (W-FReDoW) and two different High Performance Computing (HPC) environments. FReMI uses internet protocols to communicate with W-FReDoW which helps to reduce the FFR model dimension with a data pattern. Also it sends tasks of docking simulations to execute in a HPC of dedicated cluster and; an alternative model of virtual cluster built on Amazon’s Elastic Compute Cloud (EC2). The results are the FReMI conceptual architecture and two sets of experiments from execution of the FReMI. The first set reports the experiments performed with FReMI using a sample of snapshots from a FFR model on both HPC environments. The second one describes the experiments, on the complete data set, performed with FReMI and W-FReDoW shared execution in a MPI cluster environment on Amazon EC2 instances only. The last set of experiments results shows a reduction of the FFR model dimensionality, transforming it into a Reduced Fully-Flexible Receptor (RFFR) model, by discarding the non-promising conformations generated by W-FReDoW. It also reduces the total execution time to between 10-30% of that of FReMI’s only execution, which, in turn, decreased near 94% with respect to the serial execution. / Simulações de docagem molecular de modelos de receptores totalmente flexíveis (Fully-Flexible Receptor - FFR) estão se tornando cada vez mais frequentes. Entretanto, tais simulações exigem alto nível de processamento e sua execução sequencial pode se tornar uma tarefa impraticável. Este trabalho apresenta um middleware, chamado Middleware de Receptores Flexível (Flexible Receptor Middleware – FReMI), que auxilia a reduzir o tempo total de execução nas simulações de docagem molecular de receptores totalmente flexíveis. FReMI manipula uma quantidade intensiva de dados e tarefas para executar a triagem virtual de modelos de receptores totalmente flexíveis, e provê interoperabilidade entre o web workflow de docagem de receptores flexíveis (Web Fully-flexible Docking Workflow - W-FReDoW) e dois diferentes ambientes de alto desempenho (High Performance Computing – HPC). FReMI utiliza protocolos de internet para comunicar com o W-FReDoW, o qual auxilia na redução da dimensão do modelo FFR por meio de um padrão de dados. Além disso, FReMI envia tarefas de simulações de docagem para serem executadas em um cluster dedicado e também em um alternativo modelo de cluster virtual construído por meio de nuvens de computadores elásticos da Amazon (Amazon’s Elastic Compute Cloud – EC2). Os resultados apresentam uma arquitetura conceitual do FReMI e dois conjuntos de experimentos a partir da execução do FReMI.O primeiro conjunto relatou os experimentos realizados com FReMI, usando uma amostra de snapshots a partir de um modelo FFR e os dois ambientes HPC. O segundo conjunto descreveu os experimentos, com um conjunto de dados completo, executando FReMI e W-FReDoW apenas em um ambiente de cluster MPI construído com as instâncias da Amazon EC2. Os resultados do último conjunto de experimentos apresentaram uma redução na dimensionalidade do modelo FFR, transformando ele um modelo de receptor flexível totalmente reduzido (Reduced Fully-Flexible Receptor Model – RFFR), por meio do descarte de conformações não promissoras identificadas pelo W-FReDoW. Além disso, a redução do tempo total de execução do FReMI com o W-FReDoW foi entre 10 a 30% a partir da execução separada do FReMI, e de aproximadamente 94% do FReMI a partir da sua respectiva execução sequencial.