Identifying quantitative operation principles in metabolic pathways: a systematic method for searching feasible enzyme activity patterns leading to cellular adaptive responses

Background: Optimization methods allow designing changes in a system so that specific goals are attained. These techniques are fundamental for metabolic engineering. However, they are not directly applicable for investigating the evolution of metabolic adaptation to environmental changes. Although biological systems have evolved by natural selection and result in well-adapted systems, we can hardly expect that actual metabolic processes are at the theoretical optimum that could result from an optimization analysis. More likely, natural systems are to be found in a feasible region compatible with global physiological requirements. Results: We first present a new method for globally optimizing nonlinear models of metabolic pathways that are based on the Generalized Mass Action (GMA) representation. The optimization task is posed as a nonconvex nonlinear programming (NLP) problem that is solved by an outer- approximation algorithm. This method relies on solving iteratively reduced NLP slave subproblems and mixed-integer linear programming (MILP) master problems that provide valid upper and lower bounds, respectively, on the global solution to the original NLP. The capabilities of this method are illustrated through its application to the anaerobic fermentation pathway in Saccharomyces cerevisiae. We next introduce a method to identify the feasibility parametric regions that allow a system to meet a set of physiological constraints that can be represented in mathematical terms through algebraic equations. This technique is based on applying the outer-approximation based algorithm iteratively over a reduced search space in order to identify regions that contain feasible solutions to the problem and discard others in which no feasible solution exists. As an example, we characterize the feasible enzyme activity changes that are compatible with an appropriate adaptive response of yeast Saccharomyces cerevisiae to heat shock Conclusion: Our results show the utility of the suggested approach for investigating the evolution of adaptive responses to environmental changes. The proposed method can be used in other important applications such as the evaluation of parameter changes that are compatible with health and disease states.

Use of physiological constraints to identify quantitative design principles for gene expression in yeast adaptation to heat shock

Background: Understanding the relationship between gene expression changes, enzyme activity shifts, and the corresponding physiological adaptive response of organisms to environmental cues is crucial in explaining how cells cope with stress. For example, adaptation of yeast to heat shock involves a characteristic profile of changes to the expression levels of genes coding for enzymes of the glycolytic pathway and some of its branches. The experimental determination of changes in gene expression profiles provides a descriptive picture of the adaptive response to stress. However, it does not explain why a particular profile is selected for any given response. Results: We used mathematical models and analysis of in silico gene expression profiles (GEPs) to understand how changes in gene expression correlate to an efficient response of yeast cells to heat shock. An exhaustive set of GEPs, matched with the corresponding set of enzyme activities, was simulated and analyzed. The effectiveness of each profile in the response to heat shock was evaluated according to relevant physiological and functional criteria. The small subset of GEPs that lead to effective physiological responses after heat shock was identified as the result of the tuning of several evolutionary criteria. The experimentally observed transcriptional changes in response to heat shock belong to this set and can be explained by quantitative design principles at the physiological level that ultimately constrain changes in gene expression. Conclusion: Our theoretical approach suggests a method for understanding the combined effect of changes in the expression of multiple genes on the activity of metabolic pathways, and consequently on the adaptation of cellular metabolism to heat shock. This method identifies quantitative design principles that facilitate understating the response of the cell to stress.

Automated monitoring of medical protocols: a secure and distributed architecture

The control of the right application of medical protocols is a key issue in hospital environments. For the automated monitoring of medical protocols, we need a domain-independent language for their representation and a fully, or semi, autonomous system that understands the protocols and supervises their application. In this paper we describe a specification language and a multi-agent system architecture for monitoring medical protocols. We model medical services in hospital environments as specialized domain agents and interpret a medical protocol as a negotiation process between agents. A medical service can be involved in multiple medical protocols, and so specialized domain agents are independent of negotiation processes and autonomous system agents perform monitoring tasks. We present the detailed architecture of the system agents and of an important domain agent, the database broker agent, that is responsible of obtaining relevant information about the clinical history of patients. We also describe how we tackle the problems of privacy, integrity and authentication during the process of exchanging information between agents.

Energy-momentum tensor for scalar fields coupled to the dilaton in two dimensions

We clarify some issues related to the evaluation of the mean value of the energy-momentum tensor for quantum scalar fields coupled to the dilaton field in two-dimensional gravity. Because of this coupling, the energy-momentum tensor for matter is not conserved and therefore it is not determined by the trace anomaly. We discuss different approximations for the calculation of the energy-momentum tensor and show how to obtain the correct amount of Hawking radiation. We also compute cosmological particle creation and quantum corrections to the Newtonian potential.

The role of trust and its evolution in distributed teams in a multinational organisation

Tutkimuksen päätavoitteena on ollut selvittää miten kansallinen ja organisaatiokulttuuri, niihin liittyvät normit ja arvot edesauttavat tai vaikeuttavat luottamuksen kehittymistä monikulttuurisissa tiimeissä maailmanlaajuisessa organisaatiossa. Tutkimuksen avulla haluttiin myös selvittää miten luottamus kehittyy hajautetuissa monikansallisissa tiimeissä WorldCom Internationalissa. Empiirinen tutkimusmenetelmä perustuu kvalitatiivisiin teemahaastatteluihin, jotka tehtiin WorldComin työntekijöille. Tutkimuksessa havaittiin, ettei yhteisten sosiaalisten normien merkitys luottamuksen syntymiselle ole niin merkittävä, koska WorldComin yhtenäiset toimintatavat sekä hallitseva amerikkalaisen emoyhtiön "kotikulttuuri" muodostavat yhtenäiset toimintalinjat tiimeissä. Tietokonevälitteisen kommunikoinnin jatkuva käyttö on edesauttanut työntekijöiden ns. sosiaalisen älyn kehittymistä, sillä henkilökohtaisen tapaamisen puuttuminen kehittää vastaavasti taitoja aistia ja tulkita sähköpostien tai puhelinneuvotteluiden aikana välittyviä vastapuolen "näkymättömiä" vihjeitä.

Disc Filter External Models in an Integrated Simulation Environment

Työssä tutkittiin kiekkosuodattimeen liittyviä ulkoisia simulointimalleja integroidussa simulointiympäristössä. Työn tarkoituksena oli parantaa olemassa olevaa mekanistista kiekkosuodatinmallia. Malli laadittiin dynaamiseen paperiteollisuuden tarpeisiin tehtyyn simulaattoriin (APMS), jossa olevaan alkuperäiseen mekanistiseen malliin tehtiin ulkoinen lisämalli, joka käyttää hyväkseen kiekkosuodatinvalmistajan mittaustuloksia. Laitetiedon saatavuutta suodattimien käyttäjille parannettiin luomalla Internetissä sijaitsevalle palvelimelle kiekkosuodattimen laitetietomäärittelyt. Suodatinvalmistaja voi palvella asiakkaitaan viemällä laitetiedot palvelimelle ja yhdistämällä laitetiedon simulointimalliin. Tämä on mahdollista Internetin ylitse käytettävän integroidun simulointiympäristön avulla, jonka on tarkoitus kokonaisvaltaisesti yhdistää simulointi ja prosessisuunnittelu. Suunnittelijalle tarjotaan työkalut, joilla dynaaminen simulointi, tasesimulointi ja kaavioiden piirtäminen onnistuu prosessilaitetiedon ollessa saatavilla. Nämä työkalut on tarkoitus toteuttaa projektissa nimeltä Galleria, jossa luodaan prosessimalli- ja laitetietopalvelin Internetiin. Gallerian käyttöliittymän avulla prosessisuunnittelija voi käyttää erilaisia simulointiohjelmistoja ja niihin luotuja valmiita malleja, sekä saada käsiinsä ajan tasalla olevaa laitetietoa. Ulkoinen kiekkosuodatinmalli laskee suodosvirtaamat ja suodosten pitoisuudet likaiselle, kirkkaalle ja superkirkkaalle suodokselle. Mallin syöttöparametrit ovat kiekkojen pyörimisnopeus, sisään tulevan syötön pitoisuus, suotautuvuus (freeness) ja säätöparametri, jolla säädetään likaisen ja kirkkaan suodoksen keskinäinen suhde. Suotautuvuus kertoo mistä massasta on kyse. Mitä suurempi suotautuvuus on, sitä paremmin massa suodattuu ja sitä puhtaampia suodokset yleensä ovat. Mallin parametrit viritettiin regressioanalyysillä ja valmistajan palautetta apuna käyttäen. Käyttäjä voi valita haluaako hän käyttää ulkoista vai alkuperäistä mallia. Alkuperäinen malli täytyy ensin alustaa antamalla sille nominaaliset toimintapisteet virtaamille ja pitoisuuksille tietyllä pyörimisnopeudella. Ulkoisen mallin yhtälöitä voi käyttää alkuperäisen mallin alustamiseen, jos alkuperäinen malli toimii ulkoista paremmin. Ulkoista mallia voi käyttää myös ilman simulointiohjelmaa Galleria-palvelimelta käsin. Käyttäjälle avautuu näin mahdollisuus tarkastella kiekkosuodattimien parametreja ja nähdä suotautumistulokset oman työasemansa ääreltä mistä tahansa, kunhan Internetyhteys on olemassa. Työn tuloksena kiekkosuodattimien laitetiedon saatavuus käyttäjille parani ja alkuperäisen simulointimallin rajoituksia ja puutteita vähennettiin.

Collecting Transaction Data in a Fourth Generation Mobile Network

Tässä diplomityössä on oletettu että neljännen sukupolven mobiiliverkko on saumaton yhdistelmä olemassa olevia toisen ja kolmannen sukupolven langattomia verkkoja sekä lyhyen kantaman WLAN- ja Bluetooth-radiotekniikoita. Näiden tekniikoiden on myös oletettu olevan niin yhteensopivia ettei käyttäjä havaitse saanti verkon muuttumista. Työ esittelee neljännen sukupolven mobiiliverkkoihin liittyvien tärkeimpien langattomien tekniikoiden arkkitehtuurin ja perustoiminta-periaatteet. Työ kuvaa eri tekniikoita ja käytäntöjä tiedon mittaamiseen ja keräämiseen. Saatuja transaktiomittauksia voidaan käyttää tarjottaessa erilaistettuja palvelutasoja sekä verkko- ja palvelukapasiteetin optimoimisessa. Lisäksi työssä esitellään Internet Business Information Manager joka on ohjelmistokehys hajautetun tiedon keräämiseen. Sen keräämää mittaustietoa voidaan käyttää palvelun tason seurannassa j a raportoinnissa sekä laskutuksessa. Työn käytännön osuudessa piti kehittää langattoman verkon liikennettä seuraava agentti joka tarkkailisi palvelun laatua. Agentti sijaitsisi matkapuhelimessa mitaten verkon liikennettä. Agenttia ei kuitenkaan voitu toteuttaa koska ohjelmistoympäristö todettiin vajaaksi. Joka tapauksessa työ osoitti että käyttäjän näkökulmasta tietoa kerääville agenteille on todellinen tarve.

Wavelet Filter Parameterization for Compression of Spectral Images

Vaatimus kuvatiedon tiivistämisestä on tullut entistä ilmeisemmäksi viimeisen kymmenen vuoden aikana kuvatietoon perustuvien sovellutusten myötä. Nykyisin kiinnitetään erityistä huomiota spektrikuviin, joiden tallettaminen ja siirto vaativat runsaasti levytilaa ja kaistaa. Aallokemuunnos on osoittautunut hyväksi ratkaisuksi häviöllisessä tiedontiivistämisessä. Sen toteutus alikaistakoodauksessa perustuu aallokesuodattimiin ja ongelmana on sopivan aallokesuodattimen valinta erilaisille tiivistettäville kuville. Tässä työssä esitetään katsaus tiivistysmenetelmiin, jotka perustuvat aallokemuunnokseen. Ortogonaalisten suodattimien määritys parametrisoimalla on työn painopisteenä. Työssä todetaan myös kahden erilaisen lähestymistavan samanlaisuus algebrallisten yhtälöiden avulla. Kokeellinen osa sisältää joukon testejä, joilla perustellaan parametrisoinnin tarvetta. Erilaisille kuville tarvitaan erilaisia suodattimia sekä erilaiset tiivistyskertoimet saavutetaan eri suodattimilla. Lopuksi toteutetaan spektrikuvien tiivistys aallokemuunnoksen avulla.

Méta-analyses d'essais randomisés sur données individuelles dans le traitement des cancers ORL non métastatiques : principes, résultats, perspectives [Individual patient data meta-analyses of randomized trials for the treatment of non-metastatic head and neck squamous cell carcinomas: Principles, results and perspectives].

Meta-analyses are considered as an important pillar of evidence-based medicine. The aim of this review is to describe the main principles of a meta-analysis and to use examples of head and neck oncology to demonstrate their clinical impact and methodological interest. The major role of individual patient data is outlined, as well as the superiority of individual patient data over meta-analyses based on published summary data. The major clinical breakthrough of head and neck meta-analyses are summarized, regarding concomitant chemotherapy, altered fractionated chemotherapy, new regimens of induction chemotherapy or the use of radioprotectants. Recent methodological developments are described, including network meta-analyses, the validation of surrogate markers. Lastly, the future of meta-analyses is discussed in the context of personalized medicine.

Use of the dried blood spot sampling process coupled with fast gas chromatography and negative-ion chemical ionization tandem mass spectrometry: application to fluoxetine, norfluoxetine, reboxetine, and paroxetine analysis.

The objective of this work was to combine the advantages of the dried blood spot (DBS) sampling process with the highly sensitive and selective negative-ion chemical ionization tandem mass spectrometry (NICI-MS-MS) to analyze for recent antidepressants including fluoxetine, norfluoxetine, reboxetine, and paroxetine from micro whole blood samples (i.e., 10 microL). Before analysis, DBS samples were punched out, and antidepressants were simultaneously extracted and derivatized in a single step by use of pentafluoropropionic acid anhydride and 0.02% triethylamine in butyl chloride for 30 min at 60 degrees C under ultrasonication. Derivatives were then separated on a gas chromatograph coupled with a triple-quadrupole mass spectrometer operating in negative selected reaction monitoring mode for a total run time of 5 min. To establish the validity of the method, trueness, precision, and selectivity were determined on the basis of the guidelines of the "Société Française des Sciences et des Techniques Pharmaceutiques" (SFSTP). The assay was found to be linear in the concentration ranges 1 to 500 ng mL(-1) for fluoxetine and norfluoxetine and 20 to 500 ng mL(-1) for reboxetine and paroxetine. Despite the small sampling volume, the limit of detection was estimated at 20 pg mL(-1) for all the analytes. The stability of DBS was also evaluated at -20 degrees C, 4 degrees C, 25 degrees C, and 40 degrees C for up to 30 days. Furthermore, the method was successfully applied to a pharmacokinetic investigation performed on a healthy volunteer after oral administration of a single 40-mg dose of fluoxetine. Thus, this validated DBS method combines an extractive-derivative single step with a fast and sensitive GC-NICI-MS-MS technique. Using microliter blood samples, this procedure offers a patient-friendly tool in many biomedical fields such as checking treatment adherence, therapeutic drug monitoring, toxicological analyses, or pharmacokinetic studies.

Production Control Principles in Printed Wiring Board Fabrication

Työn tavoitteena oli kuvata piirilevyvalmistaja Aspocomp Oy:n Espoon tehtaan tämän hetkinen tuotannonohjausperiaate ja tunnistaa siinä esiintyvät puutteet sekä kehittää vaihtoehtoinen tuotannonohjausperiaate piirilevyvalmistukseen. Vaihtoehtoisen ohjausperiaatteen lähtökohtana oli tuotannonohjauksen sopeuttaminen vaativaan ja jatkuvasti muuttuvaan liiketoimintaympäristöön. Työn teoreettinen osa keskittyi tuotannonohjauksen eri lähestymistapoihin. Kirjallisuuskatsauksessa esitetään eri tuotannonohjausperiaatteiden keskeiset sisällöt, jotka muodostavat rungon toimivalle tuotannonohjauskäytännölle. Työn kokeellinen osa keskittyi Espoon piirilevytehtaan tuotannonohjausperiaatteen selvittämiseen. Espoon piirilevytehtaan nykyisessä tuotannonohjausperiaatteessa havaittujen ongelmakohtien ja liiketoimintaympäristön vaatimusten perusteella kehitettiin vaihtoehtoinen tuotannonohjaustapa. Vaihtoehtoisen tuotannonohjaustavan päämääränä oli läpimenoajan lyhentäminen sekä tuotannon parempi hallittavuus. Vaihtoehtoinen toimintamalli tavoitteiden saavuttamiseksi perustuu pullonkaulateoriaan, jossa keskeisin muutos nykyiseen toimintamalliin oli puolivalmisteiden varastointi toimitusajan lyhentämiseksi sekä tuotantovolyymin heilahdusten vaikutusten vähentämiseksi. Työn kokeellisessa osassa ilmeni, että kysynnän muutokset ja kapasiteetin suunnittelun puute aiheuttivat ongelmia piirilevytehtaan tuotannonohjauksessa.

TLR3-Mediated CD8+ Dendritic Cell Activation Is Coupled with Establishment of a Cell-Intrinsic Antiviral State.

Because of their unique capacity to cross-present Ags to CD8(+) T cells, mouse lymphoid tissue-resident CD8(+) dendritic cells (DCs) and their migratory counterparts are critical for priming antiviral T cell responses. High expression of the dsRNA sensor TLR3 is a distinctive feature of these cross-presenting DC subsets. TLR3 engagement in CD8(+) DCs promotes cross-presentation and the acquisition of effector functions required for driving antiviral T cell responses. In this study, we performed a comprehensive analysis of the TLR3-induced antiviral program and cell-autonomous immunity in CD8(+) DC lines and primary CD8(+) DCs. We found that TLR3-ligand polyinosinic-polycytidylic acid and human rhinovirus infection induced a potent antiviral protection against Sendai and vesicular stomatitis virus in a TLR3 and type I IFN receptor-dependent manner. Polyinosinic-polycytidylic acid-induced antiviral genes were identified by mass spectrometry-based proteomics and transcriptomics in the CD8(+) DC line. Nanostring nCounter experiments confirmed that these antiviral genes were induced by TLR3 engagement in primary CD8(+) DCs, and indicated that many are secondary TLR3-response genes requiring autocrine IFN-β stimulation. TLR3-activation thus establishes a type I IFN-dependent antiviral program in a DC subtype playing crucial roles in priming adaptive antiviral immune responses. This mechanism is likely to shield the priming of antiviral responses against inhibition or abrogation by the viral infection. It could be particularly relevant for viruses detected mainly by TLR3, which may not trigger type I IFN production by DCs that lack TLR3, such as plasmacytoid DCs or CD8(-) DCs.

Force Spectroscopy with Dual-Trap Optical Tweezers: Molecular Stiffness Measurements and Coupled Fluctuations Analysis

ABSTRACT Dual-trap optical tweezers are often used in high-resolution measurements in single-molecule biophysics. Such measurements can be hindered by the presence of extraneous noise sources, the most prominent of which is the coupling of fluctuations along different spatial directions, which may affect any optical tweezers setup. In this article, we analyze, both from the theoretical and the experimental points of view, the most common source for these couplings in dual-trap optical-tweezers setups: the misalignment of traps and tether. We give criteria to distinguish different kinds of misalignment, to estimate their quantitative relevance and to include them in the data analysis. The experimental data is obtained in a, to our knowledge, novel dual-trap optical-tweezers setup that directly measures forces. In the case in which misalignment is negligible, we provide a method to measure the stiffness of traps and tether based on variance analysis. This method can be seen as a calibration technique valid beyond the linear trap region. Our analysis is then employed to measure the persistence length of dsDNA tethers of three different lengths spanning two orders of magnitude. The effective persistence length of such tethers is shown to decrease with the contour length, in accordance with previous studies.

Searching electronic marketplaces

The main objective of this thesis was to analyze the usability of registers and indexes of electronic marketplaces. The work is focused on UDDI-based electronic marketplaces, which are standardized by the W3C. UDDI-registers are usable in intranets, extranets and in Internet. Using UDDI-registers Web-services can be searched in many ways, including alphabetical and domain specific searches. Humans and machines can use the features UDDI-registers. The thesis deals the design principles, architectures and specifications of UDDI-registers. In addition, the thesis includes the design and the specifications of an electronic marketplace developed for supporting electronic logistics services.