Ingeniero Civil en Biotecnología / Ingeniero Civil Químico / El metabolismo de los microorganismos, así como la dinámica de sus cambios, son cada vez más importantes en el desarrollo de la industria y la investigación. El desarrollo de modelos matemáticos es una herramienta que permite estudiar, comprender y simular estos procesos. El objetivo de este trabajo es la construcción de un modelo de red metabólica que incorpore la regulación génica de sus vías mediante la simulación de síntesis enzimática, además de la validación de una metodología de obtención de parámetros. La red metabólica propuesta para modelar el metabolismo de Escherichia coli está constituida por las reacciones de la vía de la glicólisis, el ciclo TCA, la producción y consumo de acetato y la degradación de lactosa y galactosa. Las fuentes de carbono utilizadas durante el crecimiento del microorganismo fueron glucosa y lactosa, que una vez consumidas dan paso al consumo de galactosa y acetatos secretados previamente, en un proceso conocido como diaúxia. La red da cuenta de las relaciones de entre los metabolitos a través 45 flujos. Los cambios en el metabolismo, a medida que se pasa de consumir una fuente de carbón a otra, son representados por la síntesis de las enzimas que controlan las vías responsables de estos cambios. La síntesis de enzimas es a partir de genes cuya expresión en reprimida o inducida por los metabolitos presentes en el medio o al interior de la célula. La metodología utilizada consiste en el desarrollo de ecuaciones cinéticas simplificadas para las reacciones de la red. Estas cinéticas se basan en ley de acción de masa, cinética de Michaelis-Menten y ecuaciones de transporte. La regulación génica representada por la concentración de enzimas, relativa a su máximo, está acoplada al sistema de ecuaciones diferenciales que dan cuenta de las variaciones de concentración de metabolitos. La obtención de los parámetros cinéticos y las condiciones iniciales de simulación se obtiene a través de un ajuste de parámetros de las expresiones cinéticas sobre los valores de flujos obtenidos a través de un MFA. Para el desarrollo del MFA se utilizan flujos de consumo o producción de metabolitos obtenidos de datos experimentales en tres momentos del cultivo, uno por cada fase. A partir de la simulación de este modelo se obtuvo perfiles de concentración para los metabolitos extracelulares (glucosa, lactosa, galactosa y acetato), así como también para el crecimiento de biomasa. Los coeficientes de determinación de las curvas superan el valor de 0.83 para el acetato, y el de 0.94 para el resto de los metabolitos y la biomasa. Con estos resultados se concluye que el modelo es capaz de representar de forma cuantitativa el crecimiento diaúxico de Escherichia coli.

Ingeniero Civil Industrial / El objetivo de este este trabajo es establecer una metodología de evaluación de los sostenedores municipales a partir de indicadores de gestión que monitoreen los vicios que se identifican en el sistema educacional. Para ello se proponen tres indicadores de gestión, uno para medir la gestión en un producto específico del sostenedor, y dos para medir el resultado de la gestión municipal, uno de efectividad medido por medio del resultado educativo bruto y otro de impacto, creado a partir de las brechas. Por disponibilidad de datos se utilizan los dos últimos para determinar el desempeño de los sostenedores. Producto del desempeño en los indicadores propuestos, se agrupan sostenedores urbanos y rurales en 4 grupos: consistentes, buenos, insuficientes y deficientes. Se propone que para cada región se efectúen estudios comparativos de los resultados obtenidos, para poder levantar prácticas que propician la efectividad y el impacto de la gestión municipal. Para evaluar la relación existente entre los indicadores y las variables que representan vicios del sistema, se utilizan regresiones lineales mixtas incorporando interceptos aleatorios por sostenedor. Del análisis estadístico es posible decir que a mayor capacidad del sostenedor, medida por la relación entre sus ingresos propios municipales y el gasto en personal de educación, mejor es el desempeño. Por otro lado, la cantidad de establecimientos administrados tiene un efecto negativo en la gestión de la brecha educacional. Finalmente, no es claro que un mayor costo medio anual de la hora docente se relaciona con un mejor desempeño de los sostenedores, sin embargo aquellos sostenedores consistentes presentan sistemáticamente valores mayores en dicha variable que los otros tres grupos. Tampoco es clara la relación entre desempeño del sostenedor urbano y los alumnos por asistente de la educación, pero ocurre el mismo fenómeno.

Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática. En Cotutela con la Universidad Grenoble Alpes / This PhD thesis is dedicated to the statistical modeling of the impact of academic en- vironments on student s beliefs and achievement in Chile. We contribute to the field of educational effectiveness with a statistical discussion regarding how to combine multilevel models with methods for selection bias and missing data and two empirical studies. The statistical discussion was used to take methodological decisions in the empirical studies. The first empirical study evaluates the impact of science courses on students beliefs. The second empirical study is about school effects on students trajectories in mathematics and reading scores. In the statistical part, we analyze linear adjustment and propensity score matching to address selection bias. Regarding the missing data problem, we considered multiple imputation techniques. Each of these methods is compatible with multilevel models. However, the problem of addressing selection bias and missing data simultaneously with hierarchical data is not resolved. We present a statistical discussion that classifies and analyzes strategies to combine the methods. The first empirical study regards the influence of Life and Non-life science courses in secondary students epistemic and self-efficacy beliefs related to sciences. We compared students that took summer science courses with a control group in a post and follow-up beliefs questionnaire. We found positive effects of Life courses and courses with laboratory work, controlling for confounding variables. The results show differences between Life and Non-life scientific disciplines that should be explored. The second empirical study concerns school effects on trajectories of Chilean students. It has two aims. The first aim is to describe the characteristics of the trajectories in mathematics and reading scores and the variation explained by primary and secondary schools. The second aim is to measure the effect of public schools in comparison with voucher schools on students trajectories in mathematics and reading scores. We used a longitudinal national database which included measures for the same students at 4th, 8th and 10th grade. Multilevel growth models were used to model the trajectories. We found effects of secondary and primary schools on intercepts and slopes. In addition, we found negative effects from public education, which became not significant after control- ling for school socioeconomic composition and selection practices. The results illustrate the stratification between the public system and voucher system and the need to study inside each system which schools are more efficient. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT- Beca Doctorado Nacional 2013

Cada día hay un mayor interés en comprender el metabolismo de determinados microorganismos debido a sus aplicaciones industriales y farmacológicas. La biología de sistemas es una herramienta utilizada con este fin, ya que permite el desarrollo de modelos para la simulación del metabolismo, permitiendo una mayor comprensión de éste. El objetivo del presente trabajo es construir un modelo continuo de una red metabólica con regulación génica, que incorpore la dinámica de síntesis enzimática, para simular los flujos metabólicos de las vías centrales de la cepa nativa de Saccharomyces cerevisiae durante un cultivo batch. La red metabólica propuesta incorpora las reacciones de glicólisis, gluconeogénesis, ciclo de los ácidos tricarboxílicos, síntesis de proteínas, síntesis de glicerol y síntesis y consumo de etanol. La fuente de carbono utilizada fue glucosa (condiciones fermentativas) y una vez que ésta es consumida comienza el consumo de etanol (condiciones no fermentativas). Dicho etanol fue sintetizado previamente a partir de glucosa, proceso conocido como cambio diáuxico. El modelo consiste en 39 flujos que representa la acción de 50 enzimas. La metodología utilizada consideró, en primer lugar, construir un modelo de síntesis enzimática. Este modelo define la actividad enzimática a partir de la regulación génica, mediada por glucosa, de la expresión de enzimas claves de la red metabólica propuesta. Esta regulación se lleva a cabo mediante los mecanismos de inducción y corepresión, modelados a partir de ecuaciones diferenciales ordinarias. A partir de este modelo se simularon los perfiles de biomasa, glucosa y etanol en cepas nativas y recombinantes. El ajuste logrado para estos 3 compuestos fue del 95%, 96% y 82% respectivamente, promediando las 4 simulaciones realizadas. Luego use modeló la red metabólica en conjunto con la red de regulación génica, a partir de la integración de un modelo cinético con el modelo de síntesis enzimática. El primero considera la cinética enzimática de MichaelisMenten y la Ley de Acción de Masas para las reacciones no enzimáticas. Los datos fueron obtenidos a partir de un Análisis de Flujos Metabólicos (MFA) a partir de los cuales se determinaron los flujos metabólicos de entrada necesarios. La simulación de la fermentación de la cepa nativa fue exitosa, ya que la diferencia entre los flujos obtenidos a partir del modelo y los flujos determinados por el MFA correspondiente no supera el 25% en el 75% de los casos durante el crecimiento exponencial en glucosa, y no supera el 20% en el 90% de los casos durante el crecimiento exponencial en etanol. Los ajustes logrados para los perfiles de biomasa, glucosa y etanol fueron del 95%, 95% y 79% respectivamente. Con estos resultados se concluye que el modelo propuesto simula en forma representativa los flujos metabólicos y los perfiles de biomasa, glucosa y etanol de un cultivo batch de Saccharomyces cerevisiae.