Una base dati per il knowledge discovery in genetica medica

L'innovazione delle tecnologie di sequenziamento negli ultimi anni ha reso possibile la catalogazione delle varianti genetiche nei campioni umani, portando nuove scoperte e comprensioni nella ricerca medica, farmaceutica, dell'evoluzione e negli studi sulla popolazione. La quantità di sequenze prodotta è molto cospicua, e per giungere all'identificazione delle varianti sono necessari diversi stadi di elaborazione delle informazioni genetiche in cui, ad ogni passo, vengono generate ulteriori informazioni. Insieme a questa immensa accumulazione di dati, è nata la necessità da parte della comunità scientifica di organizzare i dati in repository, dapprima solo per condividere i risultati delle ricerche, poi per permettere studi statistici direttamente sui dati genetici. Gli studi su larga scala coinvolgono quantità di dati nell'ordine dei petabyte, il cui mantenimento continua a rappresentare una sfida per le infrastrutture. Per la varietà e la quantità di dati prodotti, i database giocano un ruolo di primaria importanza in questa sfida. Modelli e organizzazione dei dati in questo campo possono fare la differenza non soltanto per la scalabilità, ma anche e soprattutto per la predisposizione al data mining. Infatti, la memorizzazione di questi dati in file con formati quasi-standard, la dimensione di questi file, e i requisiti computazionali richiesti, rendono difficile la scrittura di software di analisi efficienti e scoraggiano studi su larga scala e su dati eterogenei. Prima di progettare il database si è perciò studiata l’evoluzione, negli ultimi vent’anni, dei formati quasi-standard per i flat file biologici, contenenti metadati eterogenei e sequenze nucleotidiche vere e proprie, con record privi di relazioni strutturali. Recentemente questa evoluzione è culminata nell’utilizzo dello standard XML, ma i flat file delimitati continuano a essere gli standard più supportati da tools e piattaforme online. È seguita poi un’analisi dell’organizzazione interna dei dati per i database biologici pubblici. Queste basi di dati contengono geni, varianti genetiche, strutture proteiche, ontologie fenotipiche, relazioni tra malattie e geni, relazioni tra farmaci e geni. Tra i database pubblici studiati rientrano OMIM, Entrez, KEGG, UniProt, GO. L'obiettivo principale nello studio e nella modellazione del database genetico è stato quello di strutturare i dati in modo da integrare insieme i dati eterogenei prodotti e rendere computazionalmente possibili i processi di data mining. La scelta di tecnologia Hadoop/MapReduce risulta in questo caso particolarmente incisiva, per la scalabilità garantita e per l’efficienza nelle analisi statistiche più complesse e parallele, come quelle riguardanti le varianti alleliche multi-locus.

Emotional design e genetica dello stile in campo automotive: studio qualitativo e quantitativo delle linee di carattere

La figura del designer detiene un ruolo chiave nella progettazione di un nuovo prodotto: a lui spetta l'importante compromesso fra scelte ingegneristiche, di mercato e di stile. Lo studio qui condotto analizza da un punto di vista qualitativo e quantitativo le linee di carattere che delineano il profilo base di un'autovettura, in riferimento al particolare segmento automobilistico ed al suo stile. In tal modo si vuole porre una base alla "genetica dello stile", ovvero la caratterizzazione matematica dello stile.

Profili di espressione genetica ed epigenetica ad impatto prognostico e predittivo nel carcinoma squamoso e nelle lesioni potenzialmente maligne del cavo orale

Il carcinoma squamoso orale (CSO) è spesso preceduto da lesioni definite potenzialmente maligne tra cui la leucoplachia e il lichen ma una diagnosi precoce avviene ancora oggi in meno della metà dei casi. Inoltre spesso un paziente trattato per CSO svilupperà secondi tumori. Scopo del lavoro di ricerca è stato: 1) Studiare, mediante metodica di next generation sequencing, lo stato di metilazione di un gruppo di geni a partire da prelievi brushing del cavo orale al fine di identificare CSO o lesioni ad alto rischio di trasformazione maligna. 2) Valurare la relazione esistente tra sovraespressione di p16INK4A e presenza di HPV in 35 pazienti affetti da lichen 3) Valutare la presenza di marker istopatologici predittivi di comparsa di seconde manifestazioni tumorali 4) valutare la relazione clonale tra tumore primitivo e metastasi linfonodale in 8 pazienti mediante 2 metodiche di clonalità differenti: l’analisi di mtDNA e delle mutazioni del gene TP53. I risultati hanno mostrato: 1) i geni ZAP70 e GP1BB hanno presentato un alterato stato di metilazione rispettivamente nel 100% e nel 90,9% di CSO e lesioni ad alto rischio, mentre non sono risultati metilati nei controlli sani; ipotizzando un ruolo come potenziali marcatori per la diagnosi precoce nel CSO. 2)Una sovraespressione di p16INK4A è risultata in 26/35 pazienti affetti da lichen ma HPV-DNA è stato identificato in soli 4 campioni. Nessuna relazione sembra essere tra sovraespressione di p16INK4A e virus HPV. 3)L’invasione perineurale è risultato un marker predittivo della comparsa di recidiva locale e metastasi linfonodale, mentre lo stato dei margini chirurgici si è rilevato un fattore predittivo per la comparsa di secondi tumori primitivi 4) Un totale accordo nei risultati c’è stato tra analisi di mtDNA e analisi di TP53 e le due metodiche hanno identificato la presenza di 4 metastasi linfonodali non clonalmente correlate al tumore primitivo.

Metodi matematici per lo sviluppo di una nuova distanza genetica per inferire eventi demografici da dati di sequenziamento di popolazioni umane

La tesi individua un metodo matematico per inferire alcuni eventi demografici relativi a popolazioni umane, attraverso l’analisi di dati, reali e simulati, e con strumenti di statistica e analisi numerica (Cluster Analysis, Analisi Discriminate, Analisi della varianza, Interpolazione).

La "genetica dello stile" nella definizione di un sistema di supporto al design di un'autovettura

Analisi quantitativo/qualitativa al fine di creare un sistema di supporto al designer in campo automotive.

Oscillatory genetic circuits: new designs and mathematical models

Introduction and motivation: A wide variety of organisms have developed in-ternal biomolecular clocks in order to adapt to cyclic changes of the environment. Clock operation involves genetic networks. These genetic networks have to be mod¬eled in order to understand the underlying mechanism of oscillations and to design new synthetic cellular clocks. This doctoral thesis has resulted in two contributions to the fields of genetic clocks and systems and synthetic biology, generally. The first contribution is a new genetic circuit model that exhibits an oscillatory behav¬ior through catalytic RNA molecules. The second and major contribution is a new genetic circuit model demonstrating that a repressor molecule acting on the positive feedback of a self-activating gene produces reliable oscillations. First contribution: A new model of a synthetic genetic oscillator based on a typical two-gene motif with one positive and one negative feedback loop is pre¬sented. The originality is that the repressor is a catalytic RNA molecule rather than a protein or a non-catalytic RNA molecule. This catalytic RNA is a ribozyme that acts post-transcriptionally by binding to and cleaving target mRNA molecules. This genetic clock involves just two genes, a mRNA and an activator protein, apart from the ribozyme. Parameter values that produce a circadian period in both determin¬istic and stochastic simulations have been chosen as an example of clock operation. The effects of the stochastic fluctuations are quantified by a period histogram and autocorrelation function. The conclusion is that catalytic RNA molecules can act as repressor proteins and simplify the design of genetic oscillators. Second and major contribution: It is demonstrated that a self-activating gene in conjunction with a simple negative interaction can easily produce robust matically validated. This model is comprised of two clearly distinct parts. The first is a positive feedback created by a protein that binds to the promoter of its own gene and activates the transcription. The second is a negative interaction in which a repressor molecule prevents this protein from binding to its promoter. A stochastic study shows that the system is robust to noise. A deterministic study identifies that the oscillator dynamics are mainly driven by two types of biomolecules: the protein, and the complex formed by the repressor and this protein. The main conclusion of this study is that a simple and usual negative interaction, such as degradation, se¬questration or inhibition, acting on the positive transcriptional feedback of a single gene is a sufficient condition to produce reliable oscillations. One gene is enough and the positive transcriptional feedback signal does not need to activate a second repressor gene. At the genetic level, this means that an explicit negative feedback loop is not necessary. Unlike many genetic oscillators, this model needs neither cooperative binding reactions nor the formation of protein multimers. Applications and future research directions: Recently, RNA molecules have been found to play many new catalytic roles. The first oscillatory genetic model proposed in this thesis uses ribozymes as repressor molecules. This could provide new synthetic biology design principles and a better understanding of cel¬lular clocks regulated by RNA molecules. The second genetic model proposed here involves only a repression acting on a self-activating gene and produces robust oscil¬lations. Unlike current two-gene oscillators, this model surprisingly does not require a second repressor gene. This result could help to clarify the design principles of cellular clocks and constitute a new efficient tool for engineering synthetic genetic oscillators. Possible follow-on research directions are: validate models in vivo and in vitro, research the potential of second model as a genetic memory, investigate new genetic oscillators regulated by non-coding RNAs and design a biosensor of positive feedbacks in genetic networks based on the operation of the second model Resumen Introduccion y motivacion: Una amplia variedad de organismos han desarro-llado relojes biomoleculares internos con el fin de adaptarse a los cambios ciclicos del entorno. El funcionamiento de estos relojes involucra redes geneticas. El mo delado de estas redes geneticas es esencial tanto para entender los mecanismos que producen las oscilaciones como para diseiiar nuevos circuitos sinteticos en celulas. Esta tesis doctoral ha dado lugar a dos contribuciones dentro de los campos de los circuitos geneticos en particular, y biologia de sistemas y sintetica en general. La primera contribucion es un nuevo modelo de circuito genetico que muestra un comportamiento oscilatorio usando moleculas de ARN cataliticas. La segunda y principal contribucion es un nuevo modelo de circuito genetico que demuestra que una molecula represora actuando sobre el lazo de un gen auto-activado produce oscilaciones robustas. Primera contribucion: Es un nuevo modelo de oscilador genetico sintetico basado en una tipica red genetica compuesta por dos genes con dos lazos de retroa-limentacion, uno positivo y otro negativo. La novedad de este modelo es que el represor es una molecula de ARN catalftica, en lugar de una protefna o una molecula de ARN no-catalitica. Este ARN catalitico es una ribozima que actua despues de la transcription genetica uniendose y cortando moleculas de ARN mensajero (ARNm). Este reloj genetico involucra solo dos genes, un ARNm y una proteina activadora, aparte de la ribozima. Como ejemplo de funcionamiento, se han escogido valores de los parametros que producen oscilaciones con periodo circadiano (24 horas) tanto en simulaciones deterministas como estocasticas. El efecto de las fluctuaciones es-tocasticas ha sido cuantificado mediante un histograma del periodo y la función de auto-correlacion. La conclusion es que las moleculas de ARN con propiedades cataliticas pueden jugar el misnio papel que las protemas represoras, y por lo tanto, simplificar el diseno de los osciladores geneticos. Segunda y principal contribucion: Es un nuevo modelo de oscilador genetico que demuestra que un gen auto-activado junto con una simple interaction negativa puede producir oscilaciones robustas. Este modelo ha sido estudiado y validado matematicamente. El modelo esta compuesto de dos partes bien diferenciadas. La primera parte es un lazo de retroalimentacion positiva creado por una proteina que se une al promotor de su propio gen activando la transcription. La segunda parte es una interaction negativa en la que una molecula represora evita la union de la proteina con el promotor. Un estudio estocastico muestra que el sistema es robusto al ruido. Un estudio determinista muestra que la dinamica del sistema es debida principalmente a dos tipos de biomoleculas: la proteina, y el complejo formado por el represor y esta proteina. La conclusion principal de este estudio es que una simple y usual interaction negativa, tal como una degradation, un secuestro o una inhibition, actuando sobre el lazo de retroalimentacion positiva de un solo gen es una condition suficiente para producir oscilaciones robustas. Un gen es suficiente y el lazo de retroalimentacion positiva no necesita activar a un segundo gen represor, tal y como ocurre en los relojes actuales con dos genes. Esto significa que a nivel genetico un lazo de retroalimentacion negativa no es necesario de forma explicita. Ademas, este modelo no necesita reacciones cooperativas ni la formation de multimeros proteicos, al contrario que en muchos osciladores geneticos. Aplicaciones y futuras lineas de investigacion: En los liltimos anos, se han descubierto muchas moleculas de ARN con capacidad catalitica. El primer modelo de oscilador genetico propuesto en esta tesis usa ribozimas como moleculas repre¬soras. Esto podria proporcionar nuevos principios de diseno en biologia sintetica y una mejor comprension de los relojes celulares regulados por moleculas de ARN. El segundo modelo de oscilador genetico propuesto aqui involucra solo una represion actuando sobre un gen auto-activado y produce oscilaciones robustas. Sorprendente-mente, un segundo gen represor no es necesario al contrario que en los bien conocidos osciladores con dos genes. Este resultado podria ayudar a clarificar los principios de diseno de los relojes celulares naturales y constituir una nueva y eficiente he-rramienta para crear osciladores geneticos sinteticos. Algunas de las futuras lineas de investigation abiertas tras esta tesis son: (1) la validation in vivo e in vitro de ambos modelos, (2) el estudio del potential del segundo modelo como circuito base para la construction de una memoria genetica, (3) el estudio de nuevos osciladores geneticos regulados por ARN no codificante y, por ultimo, (4) el rediseno del se¬gundo modelo de oscilador genetico para su uso como biosensor capaz de detectar genes auto-activados en redes geneticas.

Bibliotheca Genetica.

Mode of access: Internet.

Bibliotheca genetica.

"Hrsg. von Professor Dr. E. Baur."

Correlacion entre hemoglobina glicosilada con hallazgos sintax score ii en pacientes con sospecha clínica de enfermedad coronaria, hospitalizados en la unidad coronaria del hospital San José centro en enero a septiembre del año 2015

Se realiza un estudio de corte transversal en el periodo de enero a septiembre del año 2016 en la unidad coronaria del Hospital San José Centro de la Ciudad de Bogotá; en pacientes con sospecha de enfermedad coronaria (Síndrome coronario agudo y angina estable) y antecedente de Diabetes Mellitus Tipo 2, se recolectaron 42 pacientes con los criterios de inclusión a quienes se realizó angiografía coronaria como parte del protocolo de estudio y manejo de la unidad, el objetivo primario fue demostrar la posible correlación entre niveles de hemoglobina glicosilada y la escala de severidad SYNTAX Score I y II de enfermedad coronaria, como objetivos secundarios; caracterizar las variables sociodemográficas, comorbilidades y posible relación con el tipo de presentación de enfermedad coronaria. Como hallazgos relevantes no se encontró correlación importante ni significativa entre niveles de hemoglobina glicosilada y la escala Syntax score II ni Syntax score I, a pesar de que la mayoría de pacientes mostraban mal control crónico de su diabetes mellitus tipo 2, con niveles mayores > 7%, como hallazgo positivo se encontro asociación estadísticamente significativa con niveles de LDL y las diferentes formas de presentación de enfermedad coronaria, a mayor niveles de LDL mayor probabilidad de IAM e IAM con elevación del segmento ST. Se considera que con estudios multicentricos en diferentes ciudades y unidades de cuidado cardiovascular con diferentes niveles de riesgo, se podría demostrar la posible correlación entre niveles de hemoglobina glicosilada y los grados de severidad de enfermedad coronaria representados por las escalas Syntax score I y II.

Utilizzo integrato di metodiche molecolari per la ricerca e la caratterizzazione genetica degli agenti infettivi in carnivori domestici e selvatici

Nel periodo compreso tra il 2019 e il 2022 sono state testate differenti matrici biologiche di carnivori domestici e selvatici provenienti dall’Italia e da altri Paesi europei (Norvegia, Romania). Diversi saggi molecolari, tra cui real-time PCR, end-point PCR, semi-nested PCR, retrotrascrizione e rolling circle amplification, sono stati utilizzati per ricercare il DNA o l’RNA genomico di virus e batteri. Il sequenziamento dell’intero genoma o di geni informativi dei patogeni identificati ne ha inoltre consentito la caratterizzazione genetica e l’analisi filogenetica. Gli studi, svolti presso il Dipartimento di Scienze Mediche Veterinarie dell’Università di Bologna, erano focalizzati nei confronti di alcuni virus a DNA, come Carnivore protoparvovirus 1 in lupi dall’appennino italiano e cani dalla Romania, adenovirus canino di tipo 1 e 2 in cani e lupi provenienti dal territorio nazionale, circovirus canino in cani e lupi italiani e volpi rosse e artiche della Norvegia; virus a RNA, come il canine distemper virus in faine recuperate nel territorio italiano e il calicivirus felino in gatti con diagnosi di poliartrite; e batteri appartenenti alla specie Anaplasma phagocytophilum in gatti deceduti e sottoposti a necroscopia in Italia. Dai risultati ottenuti è emerso che gli agenti infettivi indagati circolano nelle popolazioni di carnivori domestici e selvatici in forma asintomatica o determinando talvolta sintomatologia clinica. In alcuni animali testati è stata rilevata la coinfezione con diversi agenti patogeni, condizione che può predisporre ad un aggravamento della sintomatologia clinica. Dall’analisi filogenetica sono emerse relazioni tra gli agenti infettivi rilevati nelle differenti specie animali suggerendone la trasmissione tra ospiti domestici e selvatici e confermando il ruolo epidemiologico svolto dei carnivori selvatici nel mantenimento dei patogeni nel territorio. Alla luce dei dati ottenuti, è importante sottolineare l’importanza delle misure di profilassi, in particolare la vaccinazione degli animali da compagnia, per ridurre la trasmissione e la diffusione degli agenti infettivi.

Ssr-based Genetic Diversity And Structure Of Garlic Accessions From Brazil.

Garlic is a spice and a medicinal plant; hence, there is an increasing interest in 'developing' new varieties with different culinary properties or with high content of nutraceutical compounds. Phenotypic traits and dominant molecular markers are predominantly used to evaluate the genetic diversity of garlic clones. However, 24 SSR markers (codominant) specific for garlic are available in the literature, fostering germplasm researches. In this study, we genotyped 130 garlic accessions from Brazil and abroad using 17 polymorphic SSR markers to assess the genetic diversity and structure. This is the first attempt to evaluate a large set of accessions maintained by Brazilian institutions. A high level of redundancy was detected in the collection (50 % of the accessions represented eight haplotypes). However, non-redundant accessions presented high genetic diversity. We detected on average five alleles per locus, Shannon index of 1.2, HO of 0.5, and HE of 0.6. A core collection was set with 17 accessions, covering 100 % of the alleles with minimum redundancy. Overall FST and D values indicate a strong genetic structure within accessions. Two major groups identified by both model-based (Bayesian approach) and hierarchical clustering (UPGMA dendrogram) techniques were coherent with the classification of accessions according to maturity time (growth cycle): early-late and midseason accessions. Assessing genetic diversity and structure of garlic collections is the first step towards an efficient management and conservation of accessions in genebanks, as well as to advance future genetic studies and improvement of garlic worldwide.