Current Challenges in Modeling Cellular Metabolism

Mathematical and computational models play an essential role in understanding the cellular metabolism. They are used as platforms to integrate current knowledge on a biological system and to systematically test and predict the effect of manipulations to such systems. The recent advances in genome sequencing techniques have facilitated the reconstruction of genome-scale metabolic networks for a wide variety of organisms from microbes to human cells. These models have been successfully used in multiple biotechnological applications. Despite these advancements, modeling cellular metabolism still presents many challenges. The aim of this Research Topic is not only to expose and consolidate the state-of-the-art in metabolic modeling approaches, but also to push this frontier beyond the current edge through the introduction of innovative solutions. The articles presented in this e-book address some of the main challenges in the field, including the integration of different modeling formalisms, the integration of heterogeneous data sources into metabolic models, explicit representation of other biological processes during phenotype simulation, and standardization efforts in the representation of metabolic models and simulation results.

Integration methods in dynamic analysis

"Series title: Springerbriefs in applied sciences and technology, ISSN 2191-530X"

Dynamic three-dimensional reconstruction of the heart by transesophageal echocardiography

OBJECTIVE: To evaluate echocardiography accuracy in performing and obtaining images for dynamical three-dimensional (3D) reconstruction. METHODS: Three-dimensional (3D) image reconstruction was obtained in 20 consecutive patients who underwent transesophageal echocardiography. A multiplanar 5 MHz transducer was used for 3D reconstruction. RESULTS: Twenty patients were studied consecutively. The following cardiac diseases were present: valvar prostheses-6 (2 mitral, 2 aortic and 2 mitral and aortic); mitral valve prolapse- 3; mitral and aortic disease - 2; aortic valve disease- 5; congenital heart disease- 3 (2 atrial septal defect- ASD - and 1 transposition of the great arteries -TGA); arteriovenous fistula- 1. In 7 patients, color Doppler was also obtained and used for 3D flow reconstruction. Twenty five cardiac structures were acquired and 60 reconstructions generated (28 of mitral valves, 14 of aortic valves, 4 of mitral prostheses, 7 of aortic prostheses and 7 of the ASD). Fifty five of 60 (91.6%) reconstructions were considered of good quality by 2 independent observers. The 11 reconstructed mitral valves/prostheses and the 2 reconstructed ASDs provided more anatomical information than two dimensional echocardiography (2DE) alone. CONCLUSION: 3D echocardiography using a transesophageal transducer is a feasible technique, which improves detection of anatomical details of cardiac structures, particularly of the mitral valve and atrial septum.

Contact force models for multibody dynamics

"Series: Solid mechanics and its applications, vol. 226"

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

Identificación del virus causal de diseños cloróticos en ciruelos

En el área frutícola que rodea la ciudad de Córdoba, de Colonia Caroya y Jesús María, se encontraron síntomas foliares cloróticos (líneas, manchas, diseños de hojas de encina) asimilables a los inducidos por tres virus causales de "diseños cloróticos lineares" en ciruelo (plum line pattern ilarvirus), el Danish plum line pattern ilarvirus (un serotipo del prunus necrotic ring spot ilarvirus), el European plum line pattern ilarvirus (un serotipo de apple mosaic ilarvirus) ambos serológicamente relacionados pero no idénticos, y el American plum line pattern ilarvirus, serológicamente no relacionados con los anteriores. Si bien no producen una sintomatología llamativa son causales de pérdidas en las cosechas por disminución del número de frutos producidos. El propósito del proyecto es definir la identidad del virus causal de los síntomas encontrados y ajustar una técnica serológica que permita su detección en plantas con infecciones sistémicas recientes, útil para ser empleada en material bajo cuarentenas (aduanas), en censos, controles sanitarios en viveros y para la elección de plantas madres de sanidad controlada. (...)

Forame oval patente e acidente vascular cerebral isquêmico em jovens: associação causal ou estatística?

OBJETIVOS: Determinar se há evidências de uma relação causal entre forame oval patente (FOP) e acidente vascular cerebral isquêmico (AVCI) criptogênico em jovens. Analisar essa relação à luz dos critérios de causalidade. MÉTODOS: Avaliaram-se, retrospectivamente, 168 pacientes jovens com AVCI, divididos em dois grupos: criptogênico e de causa definida. Como parte da rotina, os pacientes foram submetidos a pesquisa de FOP por ecocardiograma transesofágico e/ou Doppler transcraniano, ambos associados ao teste de bolhas. Demonstrada a associação estatística univariada entre FOP e AVCI, procedeu-se a análise multivariada. RESULTADOS: Após análise multivariada, a associação FOP e AVCI criptogênico mostrou-se ainda estatisticamente significante, com razão de chance (RCajustada de 3,3 (IC95% 1,5-7,4). O número total de lesões no encéfalo também apresentou associação significativa com o AVCI criptogênico (RCajustada= 0,4 IC95% 0,2-0,9). A associação FOP e AVCI criptogênico satisfez todos os critérios de causalidade. CONCLUSÃO: A relação causal entre o FOP e o AVCI criptogênico em jovens é altamente provável. Esse fato deve ser considerado na decisão terapêutica.

Patrones dinámicos de abundancia y dispersión de una plaga en un paisaje heterogéneo. Dynamic patterns of abundance and dispersion of a pest in a heterogeneous landscape.

El desarrollo de conocimiento empírico sobre cómo la heterogeneidad espacial de un paisaje afecta los patrones de movimiento de una especie animal es considerado una prioridad para el manejo y la conservación de las especies y sus hábitats. En el caso de los insectos plaga, estos estudios resultan importantes ya que aportan las bases teóricas y empíricas fundamentales para su manejo. La persistencia de éstas especies en un paisaje modificado depende de la interrelación entre procesos ecológicos y la estructura del paisaje, tales como la interacción entre especies, la disponibilidad de parches hábitat y la influencia de las prácticas de manejo. El análisis de éstos procesos en un agroecosistema permite simplificar los modelos de heterogeneidad espacial, debido a que los lotes de cultivo son internamente homogéneos y los disturbios antropogénicos generalmente ocurren a la escala de parche, permitiendo determinar las respuestas de los insectos a dicha escala. La alfalfa (Medicago sativa) es un recurso fundamental para la producción agropecuaria y en Argentina, es el recurso forrajero más importante, constituyendo la base de la producción ganadera del país. Actualmente se cultivan alrededor de 5 millones de hectáreas, de las cuales un millón se siembran en la provincia de Córdoba. Además, cumple un rol importante en la sustentabilidad de los sistemas de producción por su función de recuperación de la fertilidad y estabilidad edáfica. La isoca de la alfalfa (Colias lesbia) es la plaga principal del cultivo, produciendo en promedio la pérdida de un corte por año. La hipótesis principal de nuestro trabajo es que los patrones de abundancia y movilidad de la isoca de la alfalfa son afectados por la estructura del paisaje y las prácticas de manejo. Los objetivos específicos del proyecto son: (a) Establecer el efecto de la estructura del paisaje y y el manejo del cultivo en la abundancia de los distintos estadios de Colias lesbia. (b) Determinar los patrones de dispersión de Colias lesbia en relación a la heterogeneidad espacial del paisaje (c) Generar un modelo predictivo de la abundancia de Colias lesbia según la estructura espacial del paisaje, el clima y el manejo del cultivo. (d) Desarrollar un conjunto de recomendaciones de manejo a escala regional para el control de la isoca de la alfalfa. Para ello se elegirán lotes de alfalfa en la región este de la provincia de Córdoba, en el departamento de San Justo, donde se realizará un relevamiento inicial del área de estudio y se dialogará con los productores. Paralelamente, se realizará una clasificación supervisada del área de estudio a partir de escenas de imágenes Landsat TM. En los parches seleccionados, durante 3 años y durante los meses de verano, se muestrearán quincenalmente los distintos estadios de Colias lesbia. Se realizarán análisis de correlación y regresión entre las variables independientes (métricas de la configuración y dinámica del paisaje) y las variables dependientes, (abundancia media de los diferentes estadios de las poblaciones). Asimismo, se realizarán experimentos de marcado-liberación-recaptura para determinar cómo el movimiento de la especie depende de la estructura del paisaje. Para modelar el movimiento inherente de la especie se combinará la información obtenida en el campo con un modelo de difusión utilizando métodos bayesianos. Se espera obtener modelos que permitan comprender los mecanismos que generan los patrones observados. Con esta información se propondrán lineamientos generales y específicos para un manejo de la isoca de la alfalfa a escala regional. En tal sentido, se espera aportar información para restringir la dispersión de la plaga, y reducir los costos y perjuicios del control químico que podrían evitarse con la aplicación de prácticas de manejo integrado y de "manejo de área" que minimicen el impacto de la plaga como también contribuir al conocimiento general de la ecología de insectos.

Caracterización biológica y molecular de un rhabdovirus causal de mosaico estriado amarillo, en maíz (Zea mays L.) en la provincia de Córdoba.

La familia Rhabdoviridae incluye varios patógenos económicamente importantes de cultivos, entre los más de 70 virus que afectan plantas. Estos últimos se clasifican en los géneros Cytorhabdovirus y Nucleorhabdovirus, dependiendo de si producen inclusiones en el espacio perinuclear, o si desarrollan viriones citoplasmáticos. Los integrantes de esta familia infectan gran cantidad de monocotiledóneas y dicotiledóneas y la mayoría son dependientes de transmisión por insectos. Las interacciones virus-vector son altamente específicas, y se ha registrado la replicación en insectos, del rhabdovirus que transmiten a las plantas. Cada especie de rhabdovirus induce un amplio espectro de síntomas en sus plantas huéspedes, y estos van desde la falta de efectos discernibles hasta la muerte total de la planta. El maíz (Zea mays L.) es el cultivo más ampliamente distribuido a nivel mundial y uno de los principales cultivos de cereales, ubicándose tercero en el ranking de producción en el mundo. En maíz se ha citado la presencia de varios rhabdovirus, entre estos American wheat striate mosaic virus (AWSMV), Cereal chlorotic mottle virus (CCMV), Maize mosaic virus (MMV), Maize sterile stunt virus (strains of Barley yellow striate virus), Northern cereal mosaic virus (NCMV) y Maize fine streak virus (MFSV). Ninguno de ellos reportado en Argentina. Desde 2001 un rhabdovirus es observado, por sintomatología y microscopía electrónica, en plantas de maíz de diferentes localidades de la provincia de Córdoba. Esta virosis pudo ser transmitida en dos oportunidades a plantas de maíz sanas mediante Peregrinus maidis y logró amplificarse mediante RT-PCR con iniciadores degenerados, el gen de la polimerasa L. Nuestra hipótesis es que el agente causal de la sintomatología de mosaico estriado amarillo en maíz sería un rhabdovirus emergente en Argentina, diferente de Maize mosaic virus (MMV), transmitido por delfácidos, que puede aislarse y mantenerse en condiciones controladas. El objetivo del presente trabajo es generar conocimientos biológicos, moleculares y epidemiológicos sobre el agente causal de la sintomatología en maíz de mosaico estriado amarillo. Para ello se colectarán plantas de maíz con sintomatología de mosaico estriado amarillo, en distintas localidades donde se presente la sintomatología. Las muestras se observarán al microscopio electrónico en cortes ultrafinos y en “leaf dip". Los viriones se purificarán, extraerá el RNA de los mismos, y obtendrá la secuencia de nucleótidos, para compararla con otras publicadas de virosis vegetales y se obtendrán homologías. Se realizarán transmisiones experimentales de esta virosis, por incisiones vasculares y mediante el empleo de diferentes especies de insectos vectores. Importancia del proyecto El avance de patógenos tropicales hacia zonas templadas es una de las causas de la aparición de las virosis emergentes, que se caracterizan por producir epifítias al ingresar a nuevos ecosistemas. El Maize mosaic virus (MMV) es un rhabdovirus que produce una de las virosis más importantes del maíz en el continente americano. Determinar la identidad del agente etiológico del mosaico estriado amarillo y establecer su relación con MMV es fundamental para desarrollar medidas proactivas y diseñar estrategias de manejo de esta nueva enfermedad.

DINAMICA MICROBIANA Y CALIDAD DE LA MATERIA ORGANICA DEL SUELO COMO INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD EN EL CHACO ARIDO DE LA PROVINCIA DE CORDOBA Microbial dynamic and organic matter quality as indicators of soil sustainability in Dry Chaco of Córdoba Province

Se propone analizar el efecto del uso productivo en el Chaco Árido de la provincia de Córdoba, mediante la aplicación de indicadores de sustentabilidad relacionados con la calidad de la materia orgánica y la liberación de nutrientes en el suelo, con la finalidad de aportar a un tema de suma interes para la provincia de Córdoba como es la formulación de criterios y pautas de manejo para la implementación de la Ley de Bosques (N° 26331). Se trabajará en la localidad de San Miguel en el departamento Pocho, en un sitio de bosque no disturbado y en tres sistemas productivos: desmonte selectivo con implantación de pasturas; desmonte total con agricultura bajo riego y desmonte total sobrepastoreado. En cada sitio se medirá “in situ” la emisión de CO2 y se tomaran muestras de suelo a las que se les determinará: a) contenido de materia orgánica total (MO), b) contenido de sustancias húmicas (SH), diferenciando ácidos húmicos (AH) y fúlvicos (AF), c) abundancia y actividad de microorganismos nitrificadores y d) propiedades químicas de los AH y AF. Se calcularán los siguientes índices de sustentabilidad a) materia orgánica biodisponible (MOB=MO–SH); b) índice de humificación (IH=SH/MO); c) tipo de humus (TH=AF/AH; d) índice de mineralización de C (IMC=CO2/MO); e) índice de nitrificación (IN=actividad/abundancia); y f) índice de estabilidad de las fracciones humificadas: compuestos aromáticos/ alifáticos. Los datos serán analizados estadísticamente mediante ANOVA y comparación de medias por LSD (P<0.05) y tests multivariados. We proposed analyze the effect of land use in Arid Chaco of Cordoba province, using sustainability indicators related to organic matter quality and nutrient release in soil, with the aim to formulate management criteria for the implementation of the Ley de Bosques (N° 26331) in Córdoba province. The study will be conducted in San Miguel village in Pocho department, in one undisturbed forest site and three productive systems: selective clearing with grass sowing; total clearing with irrigation agriculture and total clearing with overgrazed. In each site "in situ" CO2 emission will be measured and soil samples will be taken, in which the following parameters will be determined: a) total organic matter content (MO), b) humic substances content (SH), in humic acids (AH) and fulvic acids (AF), c) abundance and activity of nitrifier microorganisms and d) chemical properties of AH and AF. The sustainability indexes will be calculated: biodisponible organic matter (MOB=MO–SH); b) humification index (IH=SH/MO); c) humus type (TH=AF/AH; d) C mineralization index (IMC=CO2/MO); e) nitrifying index (IN=activity/abundance); and f) humic fractions stability index: aromatic/aliphatic compounds. The data will be statistically analyzed by ANOVA and the means will be compared by LSD (P<0.05) and multivariate tests.

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.

Dynamic potential fields for guided exploration in virtual environments

Dynamic potential fields, guided exploration, virtual environments, navigation

Dynamic presentations for illustration purposes

Dynamics, presentation, illustration, computer graphics, temporal modelling, non-photorealistic rendering

Experimental and model-based analysis of the steady-state and dynamic operating behaviour of the direct methanol fuel cell (DMFC)

Direct methanol fuel cell, DMFC, model, mass transport, Maxwell-Stefan, Flory-Huggins, crossover, polymer electrolyte membrane, Nafion