Algoritmo genético em química

Genetic algorithm is an optimization technique based on Darwin evolution theory. In last years its application in chemistry is increasing significantly due the special characteristics for optimization of complex systems. The basic principles and some further modifications implemented to improve its performance are presented, as well as a historical development. A numerical example of a function optimization is also shown to demonstrate how the algorithm works in an optimization process. Finally several chemistry applications realized until now is commented to serve as parameter to future applications in this field.

Metaheurística algoritmo genético para solução de problemas de planejamento florestal com restrições de integridade

Os objetivos deste trabalho foram desenvolver e testar um algoritmo genético (AG) para a solução de problemas de gerenciamento florestal com restrições de integridade. O AG foi testado em quatro problemas, contendo entre 93 e 423 variáveis de decisão, sujeitos às restrições de singularidade, produção mínima e produção máxima, periodicamente. Todos os problemas tiveram como objetivo a maximização do valor presente líquido. O AG foi codificado em ambiente delphi 5.0 e os testes foram realizados em um microcomputador AMD K6II 500 MHZ, com memória RAM de 64 MB e disco rígido de 15GB. O desempenho do AG foi avaliado de acordo com as medidas de eficácia e eficiência. Os valores ou categorias dos parâmetros do AG foram testados e comparados quanto aos seus efeitos na eficácia do algoritmo. A seleção da melhor configuração de parâmetros foi feita com o teste L&O, a 1% de probabilidade, e as análises foram realizadas através de estatísticas descritivas. A melhor configuração de parâmetros propiciou ao AG eficácia média de 94,28%, valor mínimo de 90,01%, valor máximo de 98,48%, com coeficiente de variação de 2,08% do ótimo matemático, obtido pelo algoritmo exato branch and bound. Para o problema de maior porte, a eficiência do AG foi cinco vezes superior à eficiência do algoritmo exato branch and bound. O AG apresentou-se como uma abordagem bastante atrativa para solução de importantes problemas de gerenciamento florestal.

Aptidão agrícola e algoritmos genéticos na organização espacial em projetos de reforma agrária

A definição das parcelas familiares em projetos de reforma agrária envolve questões técnicas e sociais. Essas questões estão associadas principalmente às diferentes aptidões agrícolas do solo nestes projetos. O objetivo deste trabalho foi apresentar método para realizar o processo de ordenamento territorial em assentamentos de reforma agrária empregando Algoritmo Genético (AG). O AG foi testado no Projeto de Assentamento Veredas, em Minas Gerais, e implementado com base no sistema de aptidão agrícola das terras.

Modelagem da distribuição geográfica de espécies lenhosas de cerrado no Estado de São Paulo

Atualmente vêm sendo desenvolvidas e utilizadas várias técnicas de modelagem de distribuição geográfica de espécies com os mais variados objetivos. Algumas dessas técnicas envolvem modelagem baseada em análise ambiental, nas quais os algoritmos procuram por condições ambientais semelhantes àquelas onde as espécies foram encontradas, resultando em áreas potenciais onde as condições ambientais seriam propícias ao desenvolvimento dessas espécies. O presente estudo trata do uso da modelagem preditiva de distribuição geográfica de espécies nativas, através da utilização de algoritmo genético, como ferramenta para auxiliar o entendimento dos padrões de distribuição do bioma cerrado no Estado de São Paulo. A metodologia empregada e os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para a geração de modelos de distribuição geográfica de espécies vegetais, baseados em dados abióticos, para as regiões de estudo. A eficácia do modelo em predizer a ocorrência de espécies do cerrado é maior se forem utilizados apenas pontos de amostragem com fisionomias de cerrado, excluindo-se áreas de transição. Para minimizar problemas decorrentes da falta de convergência do algoritmo utilizado GARP ("Genetic Algorithm for Rule Set Production"), foram gerados 100 modelos para cada espécie modelada. O uso de modelagem pode auxiliar no entendimento dos padrões de distribuição de um bioma ou ecossistema em uma análise regional.

Matriz Metaloproteinase 2: um importante marcador genético para colesteatomas

Este estudo foi desenvolvido para determinar a presença de MMP2 em colesteatomas humanos e observar se colesteatomas que complicam (invasivos) apresentam uma maior expressão imunohistoquímica de Matriz Metaloproteinase 2 (MMP2). Colesteatomas produzem enzimas que causam erosão óssea, como a MMP2. MATERIAL E MÉTODO: Analisamos a expressão imunohistoquímica de MMP2 em colesteatomas invasivos, comparando-os aos latentes. Um estudo de corte transversal com dezenove lâminas e blocos parafinados de colesteatoma, derivados de mastoidectomias, foram desparafinados e submetidos à técnica imunohistoquímica com anticorpos anti-MMP2. RESULTADOS: Os resultados foram expressos em 0 (tênue), + (leve), ++ (moderado) e +++ (intenso), de acordo com a intensidade da expressão de MMP2. As expressões 0 e + foram denominadas Fraca e as expressões ++ e +++, Forte. Dos 8 colesteatomas invasivos, 7 apresentaram Forte expressão de MMP2 (87,5%). Com relação aos colesteatomas latentes (11), apenas 3 apresentaram Forte expressão de MMP2 (27,3%), com um teste exato de Fisher significante (p= 0,015). CONCLUSÃO: Colesteatomas expressam MMP2 e colesteatomas invasivos expressam MMP2 com maior intensidade, em relação aos latentes.

Interação entre audiologia e genética no estudo de uma família: a complexidade do diagnóstico molecular e do aconselhamento genético

A deficiência auditiva como déficit sensorial mais comum tem dentre suas diferentes etiologias as alterações genéticas. Assim, é importante que a investigação audiológica se associe à busca do diagnóstico etiológico. OBJETIVO: Relatar o perfil audiológico e genético de três irmãos portadores de deficiência auditiva neurossensorial não-sindrômica. MATERIAL E MÉTODO: Estudo de caso de três irmãos, do sexo masculino, com 3, 5 e 16 anos, respectivamente, submetidos à avaliação audiológica comportamental e eletrofisiológica, e estudo molecular. RESULTADOS: Os achados audiológicos mostraram: audiometria do tipo neurossensorial, bilateral, simétrica, de grau moderado a moderadamente severo e configuração descendente acentuada. EOAT e EOAPD ausentes nos dois irmãos mais novos. PEATE compatível com perda auditiva moderadamente severa a severa. Presença do P300 com latências dentro da normalidade bilateralmente no irmão mais velho. Os achados do exame molecular mostraram que as duas crianças mais novas eram heterozigotos para a mutação 35delG no gene GJB2 e o mais velho não apresentava essa mutação. CONCLUSÃO: A associação das avaliações fonoaudiológicas e genéticas permite o diagnóstico etiológico de perdas auditivas que à primeira vista são semelhantes, mas que não obedecem à mesma estrutura genética. Os estudos moleculares devem ser abrangentes, evitando diagnósticos precipitados que prejudiquem o aconselhamento genético.

Estimativas de ganho genético por diferentes critérios de seleção em genótipos de alfafa

Este estudo foi desenvolvido objetivando comparar diferentes critérios de seleção, indicar o método de seleção que propicia maiores estimativas de ganho genético e identificar genótipos superiores de alfafa quanto a características produtivas, morfológicas e bromatológicas. Foram avaliadas a produção de matéria seca, altura de planta, tolerância a doenças, aceitação fenotípica pelos animais, proteína bruta, digestibilidade in vitro da matéria seca, fibra em detergente neutro e relação caule/folha de 92 acessos provenientes do INTA-Argentina, tendo como testemunha o Crioula. Os Índices de Mulamba & Mock, distância do genótipo ao ideótipo e Elston foram os mais adequados a esse tipo de estudo. Os genótipos Sequel, CUF 101, Siriver 2, Florida 77, Diamond, Sequel 2, LE N 2, Medina, Kern, Rio Grande, DK 166, DK 181, Perla SP INTA, WL 516, Rocio, LE Semit 711 e LE N 3 foram os indicados à seleção pelos maiores índices de Mulamba e Mock, distância do genótipo ao ideótipo e índice de Elston.

Análise de agrupamento de diferentes densidades de marcadores no mapeamento genético por varredura genômica

A simulação tem contribuído para o avanço da genômica nas diversas áreas do melhoramento genético. Foram simulados mapeamentos genéticos utilizando diferentes densidades de marcadores para estimar os valores fenotípicos na seleção assistida por marcadores (SAM), em características quantitativas com valores de herdabilidade de 0,10; 0,40; e 0,70. Procedeu-se a análise de agrupamento com os desempenhos fenotípicos, cuja finalidade foi obter estruturas de classificação entre as densidades visando à otimização na detecção de QTL. O sistema de simulação genética (Genesys) foi utilizado para três genomas (cada qual constituído de uma única característica cuja distinção estava no valor da herdabilidade) e para as populações base e inicial. Cada população inicial foi submetida à seleção assistida por marcadores por 20 gerações consecutivas, em que os genitores selecionados acasalavam-se seletivamente entre os melhores e os piores. O mapeamento empregando de média a alta densidade de marcadores assinalou eficiência nos progressos fenotípicos obtidos com a SAM. Menores quantidades de marcadores são requeridas para manter determinado poder de detecção de QTL à medida que se eleva a magnitude da herdabilidade. A análise de agrupamento indicou otimização e correspondência nos incrementos fenotípicos ao admitir as densidades de 4 e 6 cM; 4, 6, 8 e 10 cM; e 6 e 8 cM para as herdabilidades de 0,10; 0,40; e 0,70, respectivamente.

Procedimentos em exumações para investigação de vínculo genético em ossos

OBJETIVO: Identificar problemas técnicos nas exumações para pesquisa de DNA em ossos e propor soluções por meio de protocolo. MÉTODOS: Estudo prospectivo e qualitativo das exumações, procedendo cada etapa da perícia conforme proposto na literatura médico-legal. Foram realizadas dez exumações no período de 1995 a 1998, para coleta de restos humanos e extração do DNA, sendo sete de interesse civil e três, criminal. As dificuldades técnicas surgidas na execução desses procedimentos foram resolvidas a partir de alternativas estabelecidas. RESULTADOS: A escassez de informações úteis para a identificação do indivíduo, baseada em seus restos mortais, foi observada em todos os casos. As características morfológicas individuais contribuíram para a identificação em 50% dos casos. O auxílio dos familiares foi importante na revelação dessas características. Em três casos, foi indicado apenas o sexo e, em um, a idade. A falta de infra-estrutura dos cemitérios e de segurança policial dificultou o trabalho pericial. CONCLUSÕES: Para garantir a fidelidade do exame molecular do DNA é necessário identificar de quem são os restos mortais a serem exumados. Para a eficiência da perícia, é fundamental o uso de um protocolo que inclua, entre outras questões, as relativas a identificação, infra-estrutura e segurança pessoal dos peritos no local do exame.

Isolamento genético de populações de caramujos do gênero Biomphalaria

Experiências de intrecruzamento de caramujos do gênero Biomphalaria de várias procedências de Pernambuco, Brasil, utilizando o albinismo como mercador genético mostraram que ocorre na região duas populações isoladas que não se intercruzam. Uma das populações è constituída por caramujos que podem atingir diâmetros de concha até em torno de 30 mm, enquanto que a outra atinge somente em torno de 10 mm mesmo nas melhores condições ambientais.

Discriminação de fitofisionomias de floresta de várzea a partir do algoritmo Iterated Conditional Modes aplicado aos dados SAR/R99 (QUAD-POL/Banda L)

Utilizando-se dados do sensor aerotransportado SAR R99, adquiridos na banda L (1,28 GHz) em amplitude e com quatro polarizações (HH, VV, HV e VH), avaliou-se a distinção de fitofisionomias de floresta de várzea existentes nas Reservas de Desenvolvimento Sustentável Amanã e Mamirauá e áreas adjacentes, com a aplicação do algoritmo Iterated Conditional Modes (ICM) de classificação polarimétrica pontual/contextual. Os resultados mostraram que o uso das distribuições multivariadas em amplitude, conjuntamente com uma banda de textura, produziu classificações de qualidade superior àquelas obtidas com dados polarimétricos uni/bivariados. Esta abordagem permitiu a obtenção de um índice Kappa de 0,8963, discriminando as três classes vegetacionais de interesse, comprovando assim o potencial dos dados do SAR R99 e do algoritmo ICM no mapeamento de florestas de várzea da Amazônia.

Polimorfismo genético, terapia farmacológica e função cardíaca seqüencial em pacientes com insuficiência cardíaca

FUNDAMENTO: Variantes funcionais do gene da enzima conversora da angiotensina (ECA) podem estar associados com a resposta à terapia em portadores de insuficiência cardíaca (IC). OBJETIVO: Testar a hipótese de diferenças na avaliação ecocardiográfica seqüencial da fração de ejeção do ventrículo esquerdo de pacientes com IC em tratamento farmacológico, inclusive com inibidores da ECA, em relação ao polimorfismo de inserção (I) e deleção (D) do gene da ECA. MÉTODOS: Estudamos 168 pacientes (média de idade 43,3±10,1 anos), 128 (76,2%) dos quais homens, com IC e ecocardiogramas seqüenciais. O polimorfismo I/D foi determinado por reação em cadeia da polimerase. A fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) foi analisada comparativamente aos genótipos. Mais de 90% dos pacientes estavam tomando inibidores da ECA. RESULTADOS: Houve um aumento significantemente maior na FEVE média em pacientes com o alelo D, em comparação com pacientes com genótipo II (p = 0,01) após um seguimento médio de 38,9 meses. O alelo D foi associado com aumento de 8,8% na FEVE média no mesmo período. Além disso, observou-se uma tendência para um efeito do "número de cópias" do alelo D sobre o aumento da FEVE média com o tempo: uma diferença de 3,5% na variação da FEVE entre os pacientes com genótipos II e ID (p = 0,03) e de 5% entre os pacientes com genótipos II e DD (p = 0,02). CONCLUSÃO: O polimorfismo de deleção do gene da ECA pode estar associado com a resposta ao tratamento farmacológico com inibidores da ECA em portadores de IC. Outros estudos controlados poderão contribuir para uma melhor compreensão das influências genéticas sobre a resposta à terapia.

A resposta oxidativa em corações de camundongos é modulada por background genético

FUNDAMENTO: o tabagismo apresenta importante papel sobre as doenças cardiovasculares, entretanto permanecem pouco compreendidos os motivos pelos quais alguns seres humanos as desenvolvem e outros não. OBJETIVO: nosso objetivo foi analisar o perfil redox do coração de diferentes linhagens de camundongos após exposição à fumaça de cigarro. MÉTODOS: camundongos machos suíços (n = 10), C3H (n = 10), BALB/c (n = 10) e C57BL/6 (n = 10) foram expostos à fumaça de cigarro (12 cigarros/dia), enquanto os respectivos controles (n = 10) ao ar ambiente por 60 dias. Após sacrifício, o coração foi retirado para análises bioquímicas. RESULTADOS: embora o conteúdo de malondialdeído não tenha aumentado em nenhum grupo, a atividade da catalase diminuiu no grupo suíço (p < 0,05), BALB/c (p < 0,05) quando comparados aos respectivos grupos-controle, enquanto a mieloperoxidase diminuiu no grupo C3H (p < 0,05) e C57BL/6 (p < 0,001) quando comparados aos respectivos grupos controle. O conteúdo de glutationa reduzida diminuiu nos grupos suíço, C3H, C57BL/6 (p < 0,05) e no grupo BALB/c (p < 0,001) quando comparados com os respectivos controles. Observamos aumento do conteúdo da glutationa oxidada no grupo Suíço (p < 0,05) e diminuição nos grupos C3H (p < 0,05) e BALB/c (p < 0,001) quando comparados aos respectivos grupos-controle. A razão glutationa reduzida/ glutationa oxidada apresentou redução nos grupos suíço e C57BL/6 (p < 0.05) quando comparados aos grupos controle. CONCLUSÃO: o background genético nos camundongos pode influenciar na resposta antioxidante após a exposição à fumaça de cigarro e parece ser um fator determinante para o desequilíbrio redox no suíço e C57BL/6. Compreender as respostas antioxidantes e do background genético C3H e BALB/c podem fornecer importantes informações quanto à resistência cardíaca a fumaça de cigarro.

Adaptação e aplicabilidade de um algoritmo de diurético para pacientes com insuficiência cardíaca

FUNDAMENTO: Estados congestivos podem ser identificados e manejados através de algoritmos como o Diuretic Treatment Algorithm (DTA) para ajuste de diurético por telefone, com enfoque na avaliação clínica. Porém, o DTA está disponível somente em língua inglesa. OBJETIVO: Adaptar o DTA e testar sua aplicabilidade para uso no Brasil em pacientes ambulatoriais com IC. MÉTODOS: Seguiram-se as etapas de tradução, síntese, retrotradução, avaliação por comitê de especialistas e pré-teste (aplicabilidade clínica por meio de ensaio clínico randomizado). O DTA foi denominado, na versão para o Brasil, algoritmo de ajuste de diurético (AAD). Os pacientes foram randomizados para grupo intervenção (GI) - ajuste de diurético conforme o AAD - ou grupo controle (GC) - ajuste convencional. Foi avaliado o escore clínico de congestão (ECC) e o peso para ambos os grupos. RESULTADOS: Foram realizadas 12 modificações no DTA. Incluíram-se 34 pacientes. Para aqueles congestos, o aumento de diurético guiado pelo AAD resultou em maior resolução da congestão, com redução de dois pontos no ECC para 50% da amostra -2 (-3,5; -1,0), enquanto a mediana para o GC foi 0 (-1,25; -1,0), (p < 0,001). A mediana de variação de peso foi maior no GI -1,4 (-1,7; -0,5) quando comparado ao GC 0,1 (1,2; -0,6), p = 0,001. CONCLUSÕES: O ADD mostrou-se aplicável na prática clínica após adaptação e parece resultar em melhor controle da congestão em pacientes com IC. A efetividade clínica da ferramenta merece ser testada em amostra maior de pacientes visando sua validação para uso no Brasil (Universal Trial Number: U1111-1130-5749) (Arq Bras Cardiol. 2013; [online]. ahead print, PP.0-0).