Chargaff symmetric stochastic processes

Scopo della modellizzazione delle stringhe di DNA è la formulazione di modelli matematici che generano sequenze di basi azotate compatibili con il genoma esistente. In questa tesi si prendono in esame quei modelli matematici che conservano un'importante proprietà, scoperta nel 1952 dal biochimico Erwin Chargaff, chiamata oggi "seconda regola di Chargaff". I modelli matematici che tengono conto delle simmetrie di Chargaff si dividono principalmente in due filoni: uno la ritiene un risultato dell'evoluzione sul genoma, mentre l'altro la ipotizza peculiare di un genoma primitivo e non intaccata dalle modifiche apportate dall'evoluzione. Questa tesi si propone di analizzare un modello del secondo tipo. In particolare ci siamo ispirati al modello definito da da Sobottka e Hart. Dopo un'analisi critica e lo studio del lavoro degli autori, abbiamo esteso il modello ad un più ampio insieme di casi. Abbiamo utilizzato processi stocastici come Bernoulli-scheme e catene di Markov per costruire una possibile generalizzazione della struttura proposta nell'articolo, analizzando le condizioni che implicano la validità della regola di Chargaff. I modelli esaminati sono costituiti da semplici processi stazionari o concatenazioni di processi stazionari. Nel primo capitolo vengono introdotte alcune nozioni di biologia. Nel secondo si fa una descrizione critica e prospettica del modello proposto da Sobottka e Hart, introducendo le definizioni formali per il caso generale presentato nel terzo capitolo, dove si sviluppa l'apparato teorico del modello generale.

Stochastic modeling of bacterial protein domains distribution to predict horizontal gene transfer

In questo elaborato, abbiamo tentato di modellizzare i processi che regolano la presenza dei domini proteici. I domini proteici studiati in questa tesi sono stati ottenuti dai genomi batterici disponibili nei data base pubblici (principalmente dal National Centre for Biotechnology Information: NCBI) tramite una procedura di simulazione computazionale. Ci siamo concentrati su organismi batterici in quanto in essi la presenza di geni trasmessi orizzontalmente, ossia che parte del materiale genetico non provenga dai genitori, e assodato che sia presente in una maggiore percentuale rispetto agli organismi più evoluti. Il modello usato si basa sui processi stocastici di nascita e morte, con l'aggiunta di un parametro di migrazione, usato anche nella descrizione dell'abbondanza relativa delle specie in ambito delle biodiversità ecologiche. Le relazioni tra i parametri, calcolati come migliori stime di una distribuzione binomiale negativa rinormalizzata e adattata agli istogrammi sperimentali, ci induce ad ipotizzare che le famiglie batteriche caratterizzate da un basso valore numerico del parametro di immigrazione abbiano contrastato questo deficit con un elevato valore del tasso di nascita. Al contrario, ipotizziamo che le famiglie con un tasso di nascita relativamente basso si siano adattate, e in conseguenza, mostrano un elevato valore del parametro di migrazione. Inoltre riteniamo che il parametro di migrazione sia direttamente proporzionale alla quantità di trasferimento genico orizzontale effettuato dalla famiglia batterica.

Stochastic dynamics on infinite and finite transport capacity networks: an operatorial approach

Nella tesi viene studiata la dinamica stocastica di particelle non interagenti su network con capacita di trasporto finita. L'argomento viene affrontato introducendo un formalismo operatoriale per il sistema. Dopo averne verificato la consistenza su modelli risolvibili analiticamente, tale formalismo viene impiegato per dimostrare l'emergere di una forza entropica agente sulle particelle, dovuta alle limitazioni dinamiche del network. Inoltre viene proposta una spiegazione qualitativa dell'effetto di attrazione reciproca tra nodi vuoti nel caso di processi sincroni.

Abnormal bone geometry at the metacarpal bone shaft of rheumatoid arthritis patients with maintained muscle-bone relationship

OBJECTIVES:: Metacarpal juxta-articular bone is altered in Rheumatoid Arthritis (RA). However, a detailed analysis of disease related geometrical adaptations of the metacarpal shaft is missing. The aim of the present study was to assess the role of RA disease, forearm muscle cross-sectional area (CSA), age and sex on bone geometry at the metacarpal shaft. METHODS:: In 64 RA patients and 128 control subjects geometric properties of the third metacarpal bone mid-shaft and forearm muscle CSA were measured by peripheral quantitative computed tomography (pQCT). Linear models were performed for cortical CSA, total bone CSA, polar stress-strain Index (polar SSI, a surrogate for bone's resistance to bending and torsion), cortical thickness and Metacarpal Index (MI=cortical CSA/total CSA) with explanatory variables muscle CSA, age, RA status and sex. RESULTS:: Forearm muscle CSA was associated with cortical and total metacarpal CSA, and polar SSI. RA group status was associated with all bone parameters except cortical CSA. There was a significant interaction between RA status and age, indicating that the RA group had a greater age-related decrease in cortical CSA, cortical thickness and MI. CONCLUSIONS:: Bone geometry of the metacarpal shaft is altered in RA patients compared to healthy controls. While bone mass of the metacarpal shaft is adapted to forearm muscle mass, cortical thickness and MI are reduced but outer bone shaft circumference and polar SSI increased in RA patients. These adaptations correspond to an enhanced aging pattern in RA patients.

Patients with diffuse idiopathic skeletal hyperostosis do not have increased peripheral bone mineral density and geometry

Recent studies have suggested that areal BMD (aBMD) measured by DXA is elevated in patients with DISH. We used peripheral QCT (pQCT) to assess volumetric BMD (vBMD) and bone geometry of the radius, tibia and the third metacarpal bone.

Operator variability using different polishing methods and surface geometry of a nanohybrid composite

This study evaluated the operator variability of different finishing and polishing techniques. After placing 120 composite restorations (Tetric EvoCeram) in plexiglassmolds, the surface of the specimens was roughened in a standardized manner. Twelve operators with different experience levels polished the specimens using the following finishing/polishing procedures: method 1 (40 ?m diamond [40D], 15 ?m diamond [15D], 42 ?m silicon carbide polisher [42S], 6 ?m silicon carbide polisher [6S] and Occlubrush [O]); method 2 (40D, 42S, 6S and O); method 3 (40D, 42S, 6S and PoGo); method 4 (40D, 42S and PoGo) and method 5 (40D, 42S and O). The mean surface roughness (Ra) was measured with a profilometer. Differences between the methods were analyzed with non-parametric ANOVA and pairwise Wilcoxon signed rank tests (?=0.05). All the restorations were qualitatively assessed using SEM. Methods 3 and 4 showed the best polishing results and method 5 demonstrated the poorest. Method 5 was also most dependent on the skills of the operator. Except for method 5, all of the tested procedures reached a clinically acceptable surface polish of Ra?0.2 ?m. Polishing procedures can be simplified without increasing variability between operators and without jeopardizing polishing results.

Geometry-Aware Multiscale Image Registration via OBBTree-Based Polyaffine Log-Demons

Non-linear image registration is an important tool in many areas of image analysis. For instance, in morphometric studies of a population of brains, free-form deformations between images are analyzed to describe the structural anatomical variability. Such a simple deformation model is justified by the absence of an easy expressible prior about the shape changes. Applying the same algorithms used in brain imaging to orthopedic images might not be optimal due to the difference in the underlying prior on the inter-subject deformations. In particular, using an un-informed deformation prior often leads to local minima far from the expected solution. To improve robustness and promote anatomically meaningful deformations, we propose a locally affine and geometry-aware registration algorithm that automatically adapts to the data. We build upon the log-domain demons algorithm and introduce a new type of OBBTree-based regularization in the registration with a natural multiscale structure. The regularization model is composed of a hierarchy of locally affine transformations via their logarithms. Experiments on mandibles show improved accuracy and robustness when used to initialize the demons, and even similar performance by direct comparison to the demons, with a significantly lower degree of freedom. This closes the gap between polyaffine and non-rigid registration and opens new ways to statistically analyze the registration results.