Algorithms and computational tools for metabolic flux analysis

PhD thesis in Biomedical Engineering

An integrated model for simulation of construction phasing of arch concrete dams

Dissertação de mestrado integrado em Civil Engineering

Development of computational and experimental methods for biomass composition and evaluation of its impact in genome-scale models prediction

The use of genome-scale metabolic models has been rapidly increasing in fields such as metabolic engineering. An important part of a metabolic model is the biomass equation since this reaction will ultimately determine the predictive capacity of the model in terms of essentiality and flux distributions. Thus, in order to obtain a reliable metabolic model the biomass precursors and their coefficients must be as precise as possible. Ideally, determination of the biomass composition would be performed experimentally, but when no experimental data are available this is established by approximation to closely related organisms. Computational methods however, can extract some information from the genome such as amino acid and nucleotide compositions. The main objectives of this study were to compare the biomass composition of several organisms and to evaluate how biomass precursor coefficients affected the predictability of several genome-scale metabolic models by comparing predictions with experimental data in literature. For that, the biomass macromolecular composition was experimentally determined and the amino acid composition was both experimentally and computationally estimated for several organisms. Sensitivity analysis studies were also performed with the Escherichia coli iAF1260 metabolic model concerning specific growth rates and flux distributions. The results obtained suggest that the macromolecular composition is conserved among related organisms. Contrasting, experimental data for amino acid composition seem to have no similarities for related organisms. It was also observed that the impact of macromolecular composition on specific growth rates and flux distributions is larger than the impact of amino acid composition, even when data from closely related organisms are used.

A integração do Building Information Modeling (BIM) num projeto de reabilitação

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Automated network resilience optimization using computational intelligence methods

This paper presents an automated optimization framework able to provide network administrators with resilient routing configurations for link-state protocols, such as OSPF or IS-IS. In order to deal with the formulated NP-hard optimization problems, the devised framework is underpinned by the use of computational intelligence optimization engines, such as Multi-objective Evolutionary Algorithms (MOEAs). With the objective of demonstrating the framework capabilities, two illustrative Traffic Engineering methods are described, allowing to attain routing configurations robust to changes in the traffic demands and maintaining the network stable even in the presence of link failure events. The presented illustrative results clearly corroborate the usefulness of the proposed automated framework along with the devised optimization methods.

A UML-based approach for modeling industrial control applications

The main purpose of the poster is to present how the Unified Modeling Language (UML) can be used for diagnosing and optimizing real industrial production systems. By using a car radios production line as a case study, the poster shows the modeling process that can be followed during the analysis phase of complex control applications. In order to guarantee the continuity mapping of the models, the authors propose some guidelines to transform the use cases diagrams into a single object diagram, which is the main diagram for the next phases of the development.

Vascular disease modeling using induced pluripotent stem cells: Focus in Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome

Transparency document related to this article can be found online at http://dx.doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.10.014

New integrative computational approaches unveil the Saccharomyces cerevisiae pheno-metabolomic fermentative profile and allow strain selection for winemaking

During must fermentation by Saccharomyces cerevisiae strains thousands of volatile aroma compounds are formed. The objective of the present work was to adapt computational approaches to analyze pheno-metabolomic diversity of a S. cerevisiae strain collection with different origins. Phenotypic and genetic characterization together with individual must fermentations were performed, and metabolites relevant to aromatic profiles were determined. Experimental results were projected onto a common coordinates system, revealing 17 statistical-relevant multi-dimensional modules, combining sets of most-correlated features of noteworthy biological importance. The present method allowed, as a breakthrough, to combine genetic, phenotypic and metabolomic data, which has not been possible so far due to difficulties in comparing different types of data. Therefore, the proposed computational approach revealed as successful to shed light into the holistic characterization of S. cerevisiae pheno-metabolome in must fermentative conditions. This will allow the identification of combined relevant features with application in selection of good winemaking strains.

Estrategias estadístico-computacionales avanzadas para análisis de expresión de proteínas/genes en cáncer. Advanced statistical and computational strategies for protein/gene expression analysis in cancer.

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cancer, es el análisis y caracterización a través modelos estadísticos con efectos mixtos y técnicas de aprendizaje automático, de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabolicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnias de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subycente y así perder informacion relavante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimieto de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo.

Factores Críticos del Desarrollo Local y Regional Integrado zona serrana y Norte de la Provincia de Córdoba-. Validación causal estadística de Modelos de Ecuaciones Estructurales. Identificación de problemas normativos de las OSC.Critical Factors of Local and Regional Development in north of the Province of Córdoba. Causal validation with Structural Equation Modeling. Legal regulations of civil society.

En la investigación anterior -en la zona pampeana de la Provincia de Córdoba- se demostró teórica y empíricamente, que el desarrollo de la Sociedad Civil muchas veces libradas a su suerte y con limitaciones legales apoyan decididamente el desarrollo local, sin embargo han logrado solo parcialmente sus objetivos, por lo que es necesario comenzar un camino de fortalecimiento en los nuevos roles que deben asumir. Los gobiernos locales, a la vez, intentan trabajosamente con contados éxitos detener el procesos de descapitalización social -financiera y humana- de sus comunidades locales y regionales, peregrinando con escaso éxito a los centros concentrados del poder político y económico, para procurar los recursos financieros y humanos necesarios que no alcanzan a reponer los que se fugan desde hace décadas de sus localidades. Las empresas, con ciclos recurrentes de crecimiento y decrecimiento vinculados a los mercados en que colocan sus productos, también se debaten en la búsqueda de los escasos recursos, financieros y humanos, que les permitan consolidar un desarrollo a mediano y largo plazo. El desarrollo alcanzado en Sistemas de información, instrumentos de relevamiento, análisis y elaboración de propuestas para el Desarrollo Local, nos permite avanzar en: 1. La confirmación empírica de las hipótesis iniciales - factores exógenos y endógenos - en la zona Norte y Serrana de la provincia 2. La validación científica -mediante el Análisis de ecuaciones estructurales. de tales supuestos, para el conjunto de las poblaciones analizadas en ambas etapas. 3. La identificación de los problemas normativos que afectan el desarrollo de las Organizaciones de la Sociedad Civil (OSC). METODOLOGÍA Respecto la validación empírica en la zona norte y serrana 1. Selección de las 4 localidades a relevar de acuerdo a las categorías definidas 2. Elaboración de acuerdos con autoridades e instituciones locales. 3. Relevamiento cualitativo con líderes locales y fuentes de datos secundarias. 4. Adaptación de instrumentos de relevamiento a las realidades locales y estudios previos 5. Relevamiento cuantitativo de campo, capacitación de encuestadores y supervisores. 6. Procesamiento y elaboración de informes finales locales. Respecto de la construcción de modelos de desarrollo 1. Desarrollar las dimensiones especificas y las variables (items) de cada factor crítico. 2. Revisar el instrumento con expertos de cada una de las dimensiones. 3. Validar a nivel exploratorio por medio de un Análisis de Componentes Principales 4. Someter a los expertos la evaluación de una serie de localidades que representan cada uno. Respecto de la identificación de las normas legales que afectan a la Sociedad Civil 1.Relevamiento documental de normas 2. Relevamiento con líderes de instituciones de la Sociedad Civil 3. Análisis de las normas vigentes 4. Elaboración de Informes Finales y Transferencia a líderes e instituciones

Modelado multi-dominio de máquinas eléctricas. Multi-domain modeling of electric machines

El objetivo general de este proyecto es desarrollar nuevos modelos multi-dominio de máquinas eléctricas para aplicaciones al control y al diagnóstico de fallas. Se propone comenzar con el modelo electromagnético del motor de inducción en base a circuitos magnéticos equivalentes (MEC) validándolo por medio de simulación y de resultados experimentales. Como segundo paso se pretende desarrollas modelos térmicos y mecánicos con el objetivo que puedan ser acoplados al modelo electromagnético y de esta estudiar la interacción de los dominios y se validará mediante resultados de simulación y experimentales el modelo completo. Finalmente se pretende utilizar el modelo multi-dominio como una herramienta para la prueba de nuevas estrategias de control y diagnóstico de fallas. The main objective of this project is the development of new multi-domain models of electric machines for control and fault diagnosis applications. The electromagnetic modeling of the induction motor (IM) will be done using the magnetic equivalent circuits approach. This model will be validated by simulation and by experimental results. As a second step of this project, new mechanical and thermal models for the IM will be developed, with the objective of coupling these models with the electromagnetic one. With this multi-domain model it will be possible to study the interaction between each others. After that, the complete model will be validated by simulation and experimental results. Finally, the model will be used as a tool for testing new control and fault diagnosis strategies.

Flame simulation in rotary kilns using computational fluid dynamics

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2011

Variations and application conditions of the data type "Image" : the foundation of computational visualistics

Visualistics, computer science, picture syntax, picture semantics, picture pragmatics, interactive pictures

Modeling, design, and optimization of radiofrequency micromechanical structures

Coupled Electromechanical Analysis, MEMS Modeling, MEMS, RF MEMS Switches, Defected Ground Structures, Reconfigurable Resonator

Modeling and simulation of population balances for particulate processes

This work focuses on the modeling and numerical approximations of population balance equations (PBEs) for the simulation of different phenomena occurring in process engineering. The population balance equation (PBE) is considered to be a statement of continuity. It tracks the change in particle size distribution as particles are born, die, grow or leave a given control volume. In the population balance models the one independent variable represents the time, the other(s) are property coordinate(s), e.g., the particle volume (size) in the present case. They typically describe the temporal evolution of the number density functions and have been used to model various processes such as granulation, crystallization, polymerization, emulsion and cell dynamics. The semi-discrete high resolution schemes are proposed for solving PBEs modeling one and two-dimensional batch crystallization models. The schemes are discrete in property coordinates but continuous in time. The resulting ordinary differential equations can be solved by any standard ODE solver. To improve the numerical accuracy of the schemes a moving mesh technique is introduced in both one and two-dimensional cases ...