Bistability of mitochondrial respiration underlies paradoxical reactive oxygen species generation induced by anoxia

Increased production of reactive oxygen species (ROS) in mitochondria underlies major systemic diseases, and this clinical problem stimulates a great scientific interest in the mechanism of ROS generation. However, the mechanism of hypoxia-induced change in ROS production is not fully understood. To mathematically analyze this mechanism in details, taking into consideration all the possible redox states formed in the process of electron transport, even for respiratory complex III, a system of hundreds of differential equations must be constructed. Aimed to facilitate such tasks, we developed a new methodology of modeling, which resides in the automated construction of large sets of differential equations. The detailed modeling of electron transport in mitochondria allowed for the identification of two steady state modes of operation (bistability) of respiratory complex III at the same microenvironmental conditions. Various perturbations could induce the transition of respiratory chain from one steady state to another. While normally complex III is in a low ROS producing mode, temporal anoxia could switch it to a high ROS producing state, which persists after the return to normal oxygen supply. This prediction, which we qualitatively validated experimentally, explains the mechanism of anoxia-induced cell damage. Recognition of bistability of complex III operation may enable novel therapeutic strategies for oxidative stress and our method of modeling could be widely used in systems biology studies.

Sistema de secreción de tipo III en Aeromonas mesòfilas

Aeromonas hydrophila és un bacil gram-negatiu, patogen oportunista d’animal i humans. La patogènesi d’A. Hydrophila és multifactorial. A fi d'identificar gens implicats en la virulència de la soca PPD134/91 d’A. hydrophila, vam realitzar experiments de substracció gènica, que van dur a la detecció de 22 fragments d’ADN que codificaven 19 potencials factors de virulencia, incloent un gen que codificava una proteïna de sistema de secreció de tipus III (T3SS). La importància creixent del T3SS en la patogènesi de diversos bacteris, ens va dur a identificar i analitzar l'agrupació gènica del T3SS de les soques AH-1 i AH-3 d’A. hydrophila. La inactivació dels gens de T3SS aopB i aopD d’A. hydrophila AH-1, i ascV d’A. hydrophila AH-3, comporta una disminució de la citotoxicitat, un increment de la fagocitosi, i una reducció de la virulència en diferents models animals. Aquests resultats demostren que el T3SS és necessari per a la patogenicitat. També vam clonar i seqüenciar una ADP-ribosiltransferasa (AexT) a la soca AH-3 d’A. hydrophila, i vam demostrar que aquesta toxina és translocada via el T3SS, sistema que al seu torn sembla ser induïble in vitro en condicions de depleció de calci. El mutant en el gen aexT de la soca AH-3 d’A. hydrophila va mostrar una lleugera reducció de la virulència, assajada amb diferents mètodes. Mitjançant l'ús de diferents sondes d’ADN, vam determinar la presència del T3SS en soques tant clíniques com ambientals de diferents espècies del gènere Aeromonas: A. hydrophila, A. veronii, i A. caviae, i la codistribució d'aquesta agrupació gènica i el gen aexT. Finalment, amb la finalitat d'estudiar la regulació transcripcional de l'agrupació gènica de T3SS i de l’efector AexT A. hydrophila AH-3, vam aïllar els promotors predits per l’operó aopN-aopD i el gen aexT, i els vam fusionar amb el gen reporter gfp (Green Fluorescence Protein). A més, vam demostrar que l'expressió d'ambdós promotors depèn de diferents components bacterians, com per exemple el sistema de dos components PhoP/PhoQ, el sistema de quorum sensing AhyI/AhyR, o el complex piruvat deshidrogenasa.

Gene-disease network analysis reveals functional modules in mendelian, complex and environmental diseases

AbstractBACKGROUND: Scientists have been trying to understand the molecular mechanisms of diseases to design preventive and therapeutic strategies for a long time. For some diseases, it has become evident that it is not enough to obtain a catalogue of the disease-related genes but to uncover how disruptions of molecular networks in the cell give rise to disease phenotypes. Moreover, with the unprecedented wealth of information available, even obtaining such catalogue is extremely difficult.PRINCIPAL FINDINGS: We developed a comprehensive gene-disease association database by integrating associations from several sources that cover different biomedical aspects of diseases. In particular, we focus on the current knowledge of human genetic diseases including mendelian, complex and environmental diseases. To assess the concept of modularity of human diseases, we performed a systematic study of the emergent properties of human gene-disease networks by means of network topology and functional annotation analysis. The results indicate a highly shared genetic origin of human diseases and show that for most diseases, including mendelian, complex and environmental diseases, functional modules exist. Moreover, a core set of biological pathways is found to be associated with most human diseases. We obtained similar results when studying clusters of diseases, suggesting that related diseases might arise due to dysfunction of common biological processes in the cell.CONCLUSIONS: For the first time, we include mendelian, complex and environmental diseases in an integrated gene-disease association database and show that the concept of modularity applies for all of them. We furthermore provide a functional analysis of disease-related modules providing important new biological insights, which might not be discovered when considering each of the gene-disease association repositories independently. Hence, we present a suitable framework for the study of how genetic and environmental factors, such as drugs, contribute to diseases.AVAILABILITY: The gene-disease networks used in this study and part of the analysis are available at http://ibi.imim.es/DisGeNET/DisGeNETweb.html#Download

Les Basíliques paleocristianes del suburbi occidental de Tarraco : el temple septentrional i el complex martirial de Sant Fructuós

Les basíliques paleocristianes del suburbi occidental de Tarraco. El temple septentrional i el complex martirial de Sant Fructuós és el resultat de 10 anys d’investigació desenvolupada al voltant del sector septentrional del Conjunt Paleocristià del Francolí, originada arran de les excavacions efectuades entre els anys 1994 i 1997 a la zona on actualment s’ubica el Parc Central. L’extraordinària importància del jaciment va despertar de seguida l’interès de l’autor, Jordi López, i de la comunitat científica, tant pel valor mateix de les restes com per la seva relació amb l’extensa necròpolis paleocristiana que al llarg de diverses campanyes havia excavat el Dr. Mn. Joan Serra i Vilaró. Es tracta d’una presentació de les últimes investigacions desenvolupades a l’ampli conjunt funerari i cristià del Francolí, al suburbium occidental de Tarraco. Consta de dos volums. El primer està estructurat en tres grans parts. Primerament, la presentació dels resultats dels treballs d’excavació duts a terme entre els anys 1994 i 1997 al sector septentrional del centre de culte cristià del Francolí, que inclou un estudi arquitectònic exhaustiu de la nova basílica excavada. En segon lloc, una revisió de les diferents intervencions desenvolupades en el sector meridional a principi de segle XX per Mn. Serra Vilaró i dels treballs dels anys 70 de M. D. del Amo, amb la proposta d’una nova interpretació arquitectònica de l’antiga basílica i de l’edifici situat al sud d’aquesta. I, finalment, una exposició general de l’evolució d’aquest sector occidental del suburbium de la ciutat, que reflecteix un especial dinamisme entre els segles IV i V dC, moment de màxima expansió de les grans àrees funeràries del segle III dC i de la monumentalització d’un gran centre de culte martirial al Francolí. El text està il·lustrat amb una àmplia documentació gràfica (plantes, seccions, fotografia, reconstruccions tridimensionals). A més, inclou 22 pàgines de conclusions amb la corresponent traducció a l’anglès. El segon volum conté set annexos específics: la relació d’unitats estratigràfiques, un inventari de materials, la descripció dels sepulcres, l’estudi osteoarqueològic i paleopatològic de les restes humanes, una anàlisi epigràfica, una de numismàtica i una última d’escultòrica.

Nanoantenna enhanced emission of lightharvesting complex 2: the role of resonance, polarization, and radiative and non-radiative rates

Nanoantennae show potential for photosynthesis research for two reasons; first by spatially confining light for experiments which require high spatial resolution, and second by enhancing the photon emission of single light-harvesting complexes. For effective use of nanoantennae a detailed understanding of the interaction between the nanoantenna and the light-harvesting complex is required. Here we report how the excitation and emission of multiple purple bacterial LH2s (light-harvesting complex 2) are controlled by single gold nanorod antennae. LH2 complexes were chemically attached to such antennae, and the antenna length was systematically varied to tune the resonance with respect to the LH2 absorption and emission. There are three main findings. (i) The polarization of the LH2 emission is fully controlled by the resonant nanoantenna. (ii) The largest fluorescence enhancement, of 23 times, is reached for excitation with light at λ = 850 nm, polarized along the long antenna-axis of the resonant antenna. The excitation enhancement is found to be 6 times, while the emission efficiency is increased 3.6 times. (iii) The fluorescence lifetime of LH2 depends strongly on the antenna length, with shortest lifetimes of [similar]40 ps for the resonant antenna. The lifetime shortening arises from an 11 times resonant enhancement of the radiative rate, together with a 2–3 times increase of the non-radiative rate, compared to the off-resonant antenna. The observed length dependence of radiative and non-radiative rate enhancement is in good agreement with simulations. Overall this work gives a complete picture of how the excitation and emission of multi-pigment light-harvesting complexes are influenced by a dipole nanoantenna.

Selective Ortho-Hydroxylation–Defluorination of 2-Fluorophenolates with a Bis(m-oxo)dicopper(III) Species

The bis(mu-oxo) dicopper(III) species [Cu-III 2(mu-O)(2)(m-XYLMeAN)](2+) (1) promotes the electrophilic ortho-hydroxylation-defluorination of 2-fluorophenolates to give the corresponding catechols, a reaction that is not accomplishable with a (eta(2) : eta(2)-O-2) dicopper(II) complex. Isotopic labeling studies show that the incoming oxygen atom originates from the bis(mu-oxo) unit. Ortho-hydroxylation-defluorination occurs selectively in intramolecular competition with other ortho-substituents such as chlorine or bromine

Efficiency and environmental regulation: a 'complex situation'

Production of desirable outputs is often accompanied by undesirable by products that have damaging effects on the environment, and whose disposal is frequently regulated by public authorities. In this paper, we compute directional technology distance functions under particular assumptions concerning disposability of bads in order to test for the existence of what we call ‘complex situations’, where the biggest producer is not the greatest polluter. Furthermore, we show that how in such situations, environmental regulation could achieve an effective reduction in the aggregate level of bad outputs without reducing the production of good outputs. Finally, we illustrate our methodology with an empirical application to a sample of Spanish tile ceramic producers.

Embedding theorems of funcitional classes, III

In this paper we obtain the necessary and sufficient conditions for embedding results of different function classes. The main result is a criterion for embedding theorems for the so-called generalized Weyl-Nikol'skii class and the generalized Lipschitz class. To define the Weyl-Nikol'skii class, we use the concept of a (λ,β)-derivative, which is a generalization of the derivative in the sense of Weyl. As corollaries, we give estimates of norms and moduli of smoothness of transformed Fourier series.

Empiricism in ecological economics: a perspective from complex systems theory

Economies are open complex adaptive systems far from thermodynamic equilibrium, and neo-classical environmental economics seems not to be the best way to describe the behaviour of such systems. Standard econometric analysis (i.e. time series) takes a deterministic and predictive approach, which encourages the search for predictive policy to ‘correct’ environmental problems. Rather, it seems that, because of the characteristics of economic systems, an ex-post analysis is more appropriate, which describes the emergence of such systems’ properties, and which sees policy as a social steering mechanism. With this background, some of the recent empirical work published in the field of ecological economics that follows the approach defended here is presented. Finally, the conclusion is reached that a predictive use of econometrics (i.e. time series analysis) in ecological economics should be limited to cases in which uncertainty decreases, which is not the normal situation when analysing the evolution of economic systems. However, that does not mean we should not use empirical analysis. On the contrary, this is to be encouraged, but from a structural and ex-post point of view.

Marx's analysis of the falling rate of profit on the first version of volume III of capital

The paper provides a description and analysis of the Hodgskin section of Theories of Surplus Value and the general law section of the first version of Volume III of Capital. It then considers Part III of Volume III, the evolution of Marx's thought and various interpretations of his theory in the light of this analysis. It is suggested that Marx thought that the rate of profit must fall and even in the 1870s hoped to be able to provide a demonstration of this. However the main conclusions are: 1. Marx's major attempt to show that the rate of profit must fall occurred in the general law section. 2. Part III does not contain a demonstration that the rate of profit must fall. 3. Marx was never able to demonstrate that the rate of profit must fall and he was aware of this.

Accuracy vs. simplicity: a complex trade-off

Inductive learning aims at finding general rules that hold true in a database. Targeted learning seeks rules for the predictions of the value of a variable based on the values of others, as in the case of linear or non-parametric regression analysis. Non-targeted learning finds regularities without a specific prediction goal. We model the product of non-targeted learning as rules that state that a certain phenomenon never happens, or that certain conditions necessitate another. For all types of rules, there is a trade-off between the rule's accuracy and its simplicity. Thus rule selection can be viewed as a choice problem, among pairs of degree of accuracy and degree of complexity. However, one cannot in general tell what is the feasible set in the accuracy-complexity space. Formally, we show that finding out whether a point belongs to this set is computationally hard. In particular, in the context of linear regression, finding a small set of variables that obtain a certain value of R2 is computationally hard. Computational complexity may explain why a person is not always aware of rules that, if asked, she would find valid. This, in turn, may explain why one can change other people's minds (opinions, beliefs) without providing new information.

Periodic orbits in complex Abel equation

"Vegeu el resum a l'inici del document del fitxer adjunt."

Propietats d'absorció bifotònica del tetrafenilporficè i el seu complex de palladi: potencials sensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica bifotònica.

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitat de Aarhus, Dinamarca, durant juliol 2006. En el present treball s’investiguen, per primer cop, les propietats de absorció bifotòniques del fotosensibilitzador 2,7,12,17-tetrafenilporficè (TPPo) i del seu complex de pal•ladi (II) (PdTPPo). Ambos compostos han rebut molta atenció com a possibles otosensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica (TFD). S’utilitza la detecció de la fosforescència de l’oxigen singlet, centrada a 1270 nm i produïda per l’absorció de dos fotons, per quantificar la magnitud de la secció d’absorció bifotònica, "delta", dels porficèns estudiats. Els experiments se han dut a terme en el marge espectral 750-850 nm i a l’infraroig proper a 1100nm. Aquestes longituds d’ona corresponen a les zones d’absorció bifotònica en les bandes de Soret i Q. Les propietats bifotòniques obtingudes es comparen i contrasten amb les dades conegudes de la tetrafenilporfirina (TPP), isòmer estructural del tetrafenilporficè però amb més gran simetria, i es troba que en la banda de Soret (que coincideix amb la regió de la pell més transparent) els valors de delta per el TPPo i PdTPPo son aproximadament 2000 GM en el màxim, pràcticament cent vegades més grans que per la TPP. A més a més, aquestos valors son dos ordres de magnitud més grans que els obtinguts a l’irradiar a 1100 nm (bandes Q). Aquestes observacions es poden explicar mitjançant la amplificació per ressonància deguda a la presència de transicions monofotòniques ressonants en la regió de les bandes Q. Els elevats valors de "delta" obtinguts per els tetrafenilporficèns estudiats junt a les principals característiques que aquestos presenten (elevat rendiment de formació d’oxigen singlet, estabilitat química i fotoquímica, absència de citotoxicitat,...) qualifiquen al TPPo y PdTPPo com a possibles fotosensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica Bifotònica.

La Accesibilidad universal y el diseño para todos: los ejes determinantes de las políticas de igualdad de oportunidades III

Capítol del llibre "Tratado sobre la discapacidad", R. De Lorenzo, L. Cayo Pérez Bueno. Navarra: Thomson Aranzadi,2007. Planteja el significat dels conceptes "Accessibilitat Universal", que és fonamentalment la condició que han de complir els entorns, processos, bens, productes i serveis, així com els objectes o instruments, eines i dispositius, per a ser comprensibles, utilitzables i practicables per a totes les persones en condicions de seguretat i comoditat i de la manera més autònoma possible.. Això pressuposa el "Disseny per a tothom" i s'entén que sense perjudici dels ajustos raonables que s'hagin d'adoptar.

Mitigación de los efectos de sequía extrema durante la fase III de desarrollo del melocotón y mejora del crecimiento del fruto mediante técnicas de cultivo: poda de verano y aclareo

El proyecto trata de aportar información fiable en la aplicación de prácticas culturales sobre una parcela de frutales (caso específico de melocotonero tardío) con el objetivo de mitigar los efectos de una sequía extrema. Se plantea un escenario en le que se deja sin riego durante los meses de Julio y Agosto. Las condiciones de estrés hídrico se han controlado de tal forma que no se comprometa la superviencia del árbol por lo que en la realidad se realizaron aportaciones muy reducidas de riego (25 mm) durante el periodo de sequía a partir de marchitez visual de las hojas. Las técnicas de intervención propuestas eran: poda de verano intensiva y aclareo de fruta en el momento en que se producen los cortes de riego. La poda de verano se diseñó de tal forma que se eliminara parte de la vegetación (sobre un 20% de la masa vegetativa) con el objetivo de reducir consumos de agua del arbol y conservar más agua en el suelo, pero a la vez, sin producir mermas en el tamaño del árbol al año siguiente. Este último objetivo se ha conseguido de forma aceptable despues de que la poda de invierno uniformizara el número de ramos por árbol. El criterio de poda esta más detallado en Lopez et al., (2006). Respecto al aclareo, se pretende aumentar las reservas disponibles para el crecimiento del fruto mediante la reducción de la competencia entre ellos y compensar así el efecto reductor del estrès hídrico. Durante las primeras semanas de corte de riego y mientras el estrés hídrico se desarrolla se produjo un cierto crecimiento de fruto que es el que permitió analizar la respuesta a los tratamientos aplicados. A partir de condiciones de marchitez de hojas se constata que el fruto dejaba de crecer (Lopez et al., 2006).