Repositorio Yachay Tech (Univ. Yachay Tech)
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Evolutionary dynamics of toxin-antitoxin system in Ralstonia solanacearum
No full textRalstonia solanacearum species complex (RSSC) is a group of soil-borne bacterial plant pathogen that affects crops by causing bacterial wilt and eventually plant death, resulting in significant economic losses worldwide. Due to its vast geographical distribution, extensive host range, and tremendous phenotypic and genetic diversity, it has been challenging to find proper ways to protect crops against it. Studies have focused on plant-bacteria interactions while searching for viable treatments. Nonetheless, studies on bacteria-phage interactions could propose novel solutions against these persistent bacteria, because different phage therapy strategies can be applied. However, bacteria have numerous and diverse mechanisms to defend from phage damage. The bacterial defense system called toxin-antitoxin (TA) is involved in essential bacterial functions, such as protection from phage attack, stress resistance by forming bacterial persistors, and biofilm formation. In this study, I focus on determining the gene content and evolutionary forces acting on TA genes. BLASTn and BLASTp were used to determine TA systems' existence and diversity across fifteen strains from the RSSC. Gene gain, duplication, and loss rates of TA genes were calculated using COUNT. Moreover, positive selective pressures acting on TA genes were analyzed using BUSTED and MEME. Finally, TA Pfams subject to horizontal gene transfer were identified using NOTUNG to reconcile species-gene phylogenetic trees. Results suggest that TA systems are widely diversified across all studied RSSC strains. Besides, positive selection was found in a single site of five TA genes, which could be necessary to maintain gene function and cause advantageous phenotypes to control phage infections. Also, the evolutionary forces that affect TA systems in RSSC are mainly gene duplication and gene gain. Accordingly, in all the analyzed TA systems HGT events were found, implying that TA systems are both ancestral and recently obtained.El complejo de especies Ralstonia solanacearum (RSSC) es un grupo de patógenos bacterianos de plantas transmitidos por el suelo que afectan los cultivos al causar marchitez bacteriana y eventualmente provocar la muerte de la planta, lo que resulta en pérdidas económicas significativas en todo el mundo. Debido a su vasta distribución geográfica, amplia gama de hospedadores y tremenda diversidad fenotípica y genética, ha sido un desafío encontrar formas adecuadas de proteger los cultivos contra esta bacteria. Los estudios se han centrado en las interacciones planta-bacteria mientras se buscan tratamientos viables. No obstante, los estudios sobre las interacciones bacterias-fagos podrían proponer soluciones novedosas contra estas bacterias persistentes. El sistema de defensa bacteriano llamado toxina-antitoxina (TA) participa en funciones bacterianas esenciales, como la protección contra el ataque de fagos, la resistencia al estrés mediante la formación de persistentes bacterianos y la formación de biopelículas. En este estudio, me enfoco en determinar el contenido genético y las fuerzas evolutivas que actúan sobre los genes TA. Se utilizaron BLASTn y BLASTp para determinar la existencia y diversidad de los sistemas TA en quince cepas del RSSC. Las tasas de ganancia, duplicación y pérdida de genes TA se calcularon utilizando COUNT. Además, las presiones selectivas positivas que actúan sobre los genes TA se analizaron utilizando BUSTED y MEME. Finalmente, los TA Pfam sujetos a transferencia horizontal de genes se identificaron utilizando NOTUNG para reconciliar árboles filogenéticos especie-gen. Los resultados sugieren que los sistemas de TA están ampliamente diversificados en todas las cepas de RSSC estudiadas. Además, se encontró selección positiva en un solo sitio de cinco genes TA que podría ser necesario para mantener la función del gen y causar fenotipos ventajosos para controlar las infecciones con fagos. Además, las fuerzas evolutivas que afectan a los sistemas de TA en RSSC son principalmente la duplicación de genes y la ganancia de genes. En consecuencia, se encontraron eventos HGT en todos los sistemas de TA analizados, lo que implica que los sistemas de TA son tanto ancestrales como de reciente obtención.Biólog
Biogenic sulfur-based nanocrystals: methods of fabrication and applications
No full textThe present review work describes the achievements about the biosynthesis of metal sulfide nanoparticles, or sulfur-based NPs (S-NPs). In general, biosynthesis is performed by utilizing living organisms or derivatives like plant extracts, single biomolecules, and viruses. Among the living organisms are bacteria, fungi, and algae, by which the biosynthesis is generally performed intracellularly or extracellularly, mediated by specific enzymes, proteins, and peptides. Commonly, metal and sulfide salts are supplied to the reaction solution with cell biomass or free-cell extracts. In many cases, the biosynthesis of S-NPs occurs without adding a sulfide source, in this case, the sulfur source is synthesized by the organisms through certain pathways, the participation of peptides, enzymes, and proteins. Diverse types of sulfide NPs have been synthesized with diverse properties highly dependent on several conditions such as the bioentity, time, pH, external mediators, metal, sulfide, and biomass concentration, among others. Adjusting these conditions could lead to the generation of different sized and shaped nanocrystals, properties that still represent a challenge to control in the biosynthesis. Biosynthesis of S-NPs has been demonstrated to be a promising route of novel materials generation. Besides, due to their unique optical, electrical, and biocompatible properties, the bio-generated NPs have performed interesting results applied in cancer research, bioimaging, antimicrobial activity, and electrical fields. In this work, it is provided an extensive bibliographic review about the biosynthesis of S-NPs using biological entities, mechanisms of synthesis, factors controlling the properties of NPs, techniques of characterization, and applications.El presente trabajo de revisión describe los logros sobre la biosíntesis de nanopartículas semiconductoras a base de azufre (S-NPs). En general, la biosíntesis se realiza utilizando organismos vivos o derivados tales como extractos de plantas, biomoléculas aisladas y virus. Entre los organismos vivos se encuentran bacterias, hongos y algas. La biosíntesis utilizando organismos se produce generalmente de forma intracelular o extracelular, mediado por enzimas, proteínas y péptidos específicos. Comúnmente, las sales metálicas y de sulfuro se suministran a la solución de reacción que contiene la biomasa celular o extractos libres de células. En muchos casos, la biosíntesis de S-NPs ocurre sin agregar una fuente de sulfuro, en este caso, la fuente de azufre es sintetizada por los organismos a través de procesos específicos, la participación de péptidos, enzimas y proteínas. Se han sintetizado diversos tipos de NPs de sulfuro con diversas propiedades altamente dependientes de varias condiciones como la bioentidad, tiempo, pH, mediadores externos, concentración de metales, sulfuros y biomasa, entre otras. El ajuste de estas condiciones podría conducir a la generación de nanocristales de diferentes tamaños y formas, propiedades que aún representan un desafío para controlar en la biosíntesis. Se ha demostrado que la biosíntesis de S-NP es una ruta prometedora para la generación de nuevos materiales. Además, debido a sus propiedades ópticas, eléctricas y biocompatibles únicas, las NPs biogeneradas han obtenido resultados interesantes aplicados en la investigación del cáncer, bioimagen, actividad antimicrobiana y campos eléctricos. En este trabajo se proporciona una extensa revisión bibliográfica sobre la biosíntesis de S-NPs utilizando entidades biológicas, mecanismos de síntesis, factores que controlan las propiedades de las NP, técnicas de caracterización y aplicaciones.Ingeniero/a Biomédico/
Experimental techniques for the study of the degradation of pla and its blends
No full textPoly (lactic acid) (PLA) can decompose under environmental conditions through chain scission, forming non-toxic subproducts. The influence of abiotic environmental factors on the destruction of biodegradable polymers is important to evaluate and predict the period of their full degradation in the environment. This review shows recent research involving biodegradation in abiotic environments and studies the influence of moisture, temperature, ultraviolet (UV) radiation, sunlight, and pH, as well as the experimental techniques employed to analyze the degradation of PLA and its blends such as Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric analysis (TGA), X-Ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Scanning electron microscopy (SEM) and Mechanical tests. These changes can be observed through the decrease in the molar mass of PLA, which can be monitored by Gel Permeation Chromatography (GPC) and 1H NMR. On the other hand, thermal transitions, typically studied by DSC, exhibit modifications during degradation; the glass transition, the crystallization and melting processes show different behaviors, depending on the type of degradation and the components present in the blends. The XRD technique provides relevant information on crystallization that can be used to complement DSC results. Meanwhile, the thermal stability of PLA is affected as a consequence of abiotic degradation, showing a decrease in thermal decomposition temperatures in most cases, as reported in the TGA tests. Chemical changes that occur during degradation can be observed by FTIR and NMR. Degradation also affects the morphology of PLA and its blends, both the surface of the samples, showing evidence of erosion, as in the interaction of the phases. Finally, the mechanical tests proved to be very sensitive to the changes caused by the degradation, being able to show the degradation much earlier than in the other techniques reviewed. The compilation of these results demonstrate that the combination of all characterization techniques is a useful strategy for monitoring the degradation process and assessing changes on PLA structure induced by different types of abiotic degradation.El poli (ácido láctico) (PLA) puede descomponerse en condiciones ambientales mediante la escisión de la cadena, formando subproductos no tóxicos. La influencia de los factores ambientales abióticos en la destrucción de polímeros biodegradables es importante para evaluar y predecir el período de su total degradación en el medio ambiente. Esta revisión muestra investigaciones recientes sobre la biodegradación en ambientes abióticos y estudia la influencia de la humedad, temperatura, radiación ultravioleta (UV), la luz solar y el pH, así como las técnicas experimentales empleadas para estudiar la degradación del PLA y sus mezclas, como son la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Análisis termogravimétrico (TGA), Difracción de Rayos X (XRD), Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR), Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y pruebas mecánicas. El deterioro de las propiedades del PLA se debe principalmente a las escisiones de la cadena en la matriz del PLA. Estos cambios pueden observarse a través de la disminución de la masa molar del PLA, que puede ser monitoreada mediante Cromatografía de Permeación en Gel (GPC) y 1H NMR. Por otra parte, las transiciones térmicas, típicamente estudiadas mediante DSC, presentan modificaciones durante la degradación; la transición vítrea, los procesos de cristalización y fusión muestran comportamientos diferentes, dependiendo del tipo de degradación y de los componentes presentes en las mezclas. La técnica de DRX proporciona información relevante sobre la cristalización que puede ser utilizada para complementar los resultados de DSC. Ahora bien, la estabilidad térmica del PLA se ve afectada como consecuencia de la degradación abiótica, mostrando una disminución de las temperaturas de descomposición térmica en la mayoría de los casos, tal como es reportado en los ensayos de TGA. Los cambios químicos que se originan durante la degradación pueden ser observados mediante FTIR y RMN. La degradación también afecta la morfología del PLA y sus mezclas, tanto la superficie de las muestras, mostrando evidencias de erosión, como en la interacción de las fases. Finalmente, las pruebas mecánicas resultaron ser muy sensibles a los cambios originados por la degradación, pudiéndose evidenciar la degradación mucho antes que en las otras técnicas revisadas. Las recopilaciones de estos resultados demuestran que la combinación de todas las técnicas de caracterización son una estrategia útil para monitorear el proceso de degradación y evaluar los cambios en la estructura del PLA inducidos por diferentes tipos de degradación abiótica.Ingeniero/a de polímero
Overview of the synthesis methods of bimetallic nanoparticles for the formation of silver-palladium as a potential antibacterial agent against Staphylococcus aureus
No full textDuring the last decades, the antibacterial properties of inorganic nanoparticles have been the focus of very intense and prolific research worldwide. However, it is challenging to obtain good morphology, size, and surface chemistry that constitute basic parameters for their antibacterial properties are not always achieved. For this reason, nanoparticles must be developed with a controlled synthesis, whose main parameters help us to obtain a type of practical, durable, stable antibacterial agent that does not lead to more problems for nature, such as dangerous chemicals.
The resistance of Staphylococcus aureus to antibiotics is an alarming worldwide issue due to the rapid ability this bacterium has to adapt to new pharmaceutics. Recent studies show that both penicillin and methicillin have lost their effect against it in more than 80% of the cases; therefore, the search for an antibacterial agent whose efficacy is not affected is urgent. Several studies have shown that bacteria cannot acquire resistance to nanoparticles as quickly as to drugs; therefore, new studies to improve the production of inorganic nanoparticles with desired antibacterial properties are necessary.
In the present work, a bibliographic review is developed to overview various techniques for synthesizing bimetallic nanoparticles and their characterization along with their unique properties. This synthesis offers the main objective of the controlled formation of bimetallic Ag-Pd alloy nanoparticles, making them a potential antibacterial agent against Staphylococcus aureus.Durante las últimas décadas, las propiedades antibacterianas de las nanopartículas han sido el centro de estudio de muchas investigaciones a nivel mundial, sin embargo, no siempre se obtiene la adecuada morfología, tamaño ni química de la superficie, parámetros que son elementales para sus propiedades antibacterianas. Es por esto por lo que las nanopartículas deben ser desarrolladas con una síntesis controlada, cuyos principales parámetros nos ayuden a obtener un tipo de agente antibacteriano eficaz, duradero, estable y sobre todo que no conlleve más problemas a la naturaleza como lo son los químicos peligrosos.
La resistencia de la bacteria Staphylococcus aureus a los antibióticos es un asunto alarmante a nivel mundial debido a la rápida habilidad que tiene para adaptarse, estudios recientes demuestran que tanto la penicilina como la meticilina han perdido su efecto contra esta bacteria en más del 80% de los casos; por lo cual, la búsqueda de un agente antibacteriano cuya eficacia no se vea afectada es urgente. Varios estudios han demostrado que las bacterias no pueden tan rápidamente adquirir resistencia a las nanopartículas como a los fármacos, por lo que el desarrollo de nuevos estudios para mejorar la producción de nanopartículas es necesario.
En el presente trabajo se hace una revisión bibliográfica en la que se estudian diversas técnicas de síntesis de nanopartículas bimetálicas; síntesis que tiene el principal objetivo de desarrollar una formación controlada de nanopartículas de Ag-Pd como potencial agente antibacteriano para su uso en la bacteria Staphylococcus aureus.Ingeniero/a Biomédico/
A techno-economic assessment of natural gas valorization in the Amazon region to increase the Liquefied Petroleum Gas (LPG) production in Ecuador
No full textThe energy demand is growing worldwide, and different energy sources need to be analyzed to ensure the current supply. One of these sources is natural gas, a fossil fuel that is widely used to provide energy and as a feedstock of the petrochemistry industry. Liquefied petroleum gas (LPG) is a C3/C4´s hydrocarbon mixture used as fuel gas, obtained through natural gas and oil processing. The Ecuadorian LPG production (1.91 MMbbl/year) came mainly from the Esmeraldas refinery and Shushufindi gas plant. The last one is located in the Amazon region. However, this LPG production cannot meet the Ecuadorian market demand, and over 80 % of this commodity is imported to satisfy the national market. At the same time, in the Amazon region, the natural gas produced is not fully valorized, and an important quantity of the associated gas is flared (~100 MMscfd), representing energy wasted with a significant environmental impact. Therefore, this work aims to develop a technical and economic assessment of the potential natural gas valorization in the Amazon region to increase de LPG production in the country. The study started from a detailed review of the associated gas produced in the Amazon region. The data was analyzed considering the geographic location of the fields, gas composition, and operational conditions. Then, a visualization of the natural gas value chain was developed. Subsequently, a technical analysis was performed to process the stream of one of the most attractive gases in this region. Finally, an economic feasibility (class V) study was carried out, considering a preliminary analysis of the capital expenditure (CAPEX), and economic balance. The outcome of this study indicates that by processing 14.6 MMscfd of the associated gas from the Sacha field in the Amazon region, the national LPG production can increase by 30 %. An amount that represents 14.5 MMUSD/year in commodity imports to the Ecuadorian economy. The required infrastructure consists of conventional processes (using mature technologies) for natural gas processing. The estimated CAPEX for the natural gas processing plant is 21.9 MMUSD, considering local conditions. In addition, other fields also present high commercial characteristics to be analyzed for industrial valorization opportunities.La demanda de energía está creciendo mundialmente y diferentes fuentes de energía deben ser analizadas para asegurar un suministro apropiado. Una de las principales fuentes de energía es el gas natural, que es un combustible fósil ampliamente usado para proveer de energía y como insumo de la industria petroquímica. El gas licuado de petróleo (GLP) es una mezcla de hidrocarburos (propano y butanos) usado como un gas combustible, el cual es obtenido a través del procesamiento del gas y petróleo. La producción ecuatoriana de GLP (1.91 MMbbl/año) proviene principalmente de la refinería Esmeraldas y de la planta de gas Shushufindi, esta última ubicada en la región amazónica. Sin embargo, con esta producción no se puede abastecer la demanda del mercado ecuatoriano, y más del 80 % de este derivado es importado para satisfacer el mercado nacional. Al mismo tiempo, en la región amazónica, el gas natural producido no es completamente valorizado, y cantidades importantes de gas asociado son quemadas (~100 MMscfd), representando energía desaprovechada con un impacto ambiental significativo. Por esta razón, el presente trabajo busca desarrollar un análisis técnico y económico de la potencial valorización del gas natural en la región amazónica para incrementar la producción de GLP en el país. El estudio inició con una revisión detallada de la producción del gas asociado en la región amazónica. La información fue analizada considerando la ubicación geográfica de los campos, composición del gas, y condiciones operacionales. Luego, se realizó una visualización de la cadena de valor del gas natural. Seguidamente, se desarrolló un análisis técnico para procesar la corriente de gas asociado más atractiva de la región. Finalmente, se elaboró un análisis de factibilidad económica (clase V), considerando un análisis preliminar del gasto de capital (CAPEX) y un balance económico. Los resultados indican que procesando 14.6 MMscfd del campo Sacha, la producción de GLP en el Ecuador puede incrementarse en un 30 %. Una cantidad que representa 14.5 MMUSD/año en importación de este derivado a la economía ecuatoriana. La infraestructura requerida consiste en procesos convencionales (usando tecnología madura) de procesamiento de gas. El CAPEX estimado para la planta de gas, considerando condiciones locales, es de 21.9 MMUSD. Además, otros campos presentan características comerciales que deben ser analizadas para oportunidades de valorización industrial.Petroquímico/
Interphase analysis of viscous flow in porous media to enhance oil recovery
No full textThe Saffman-Taylor instability is a problem of high relevance in the oil industry. This problem shows up when a less viscous fluid displaces a more viscous one, like in the water-flooding stage of the oil extraction process. This instability leads to finger structures in the displacement front. These structures decrease the efficiency of oil recovery, leading to economical and resource losses. This research work aims to address the theoretical, experimental and computational foundations to open a new research line at Yachay Tech University. This research line has as purpose to study the fluid dynamical behavior of oil extraction processes to propose stabilization methods that allow to enhance oil recovery.
Through theoretical means, a quasi-2D stability criteria is developed. To complement the theoretical study, it is analysed the finger width correspondence to the surface tension parameter, and the characteristic instability time. Additionally, it is discussed a brief proposal of the derivation of a stability criteria based on effect of the 3D contribution of the interface's transverse curvature.
An experimental set-up was built to visualize the flow patterns of interacting fluids in a Hele-Shaw cell. The experiments performed were the reference points to analyse the efficiency of the stability criteria proposed, and to develop a computational model in COMSOL Multiphysics that reproduces the experimental results.
Joining the three approaches, the experiments and the computational model showed good agreement and consistency, with some differences in stability thresholds. The experiments tend to reach instabilities faster than the simulations due to the contributions of the transverse curvature of the interface and other physical effects neglected in the simulations. The stability criteria turned out to be accurate in predicting fluid behavior of flows that depart strictly from flat interfaces.La inestabilidad de Saffman-Taylor es un problema de gran relevancia en la industria petrolera. Este problema aparece cuando un fluido menos viscoso desplaza a uno más viscoso, como proceso de extracción de petróleo por inyección de agua. Esta inestabilidad da como resultado el desarrollo de estructuras de dedos en el frente de desplazamiento. Estas estructuras disminuyen la eficiencia de la recuperación de petróleo, lo que genera pérdidas económicas y de recursos. Este trabajo de investigación tiene como objetivo establecer los fundamentos teóricos, experimentales y computacionales para abrir una nueva línea de investigación en la Universidad Yachay Tech. Esta línea de investigación tiene como propósito estudiar el comportamiento fluidodinámico de los procesos de extracción de petróleo para proponer métodos de estabilización que permitan mejorar la recuperación de hidrocarburos.
A través de medios teóricos se desarrolló un criterio de estabilidad cuasi-2D. Para complementar el estudio, se revisa la correspondencia del ancho del dedo con el parámetro de control de estabilidad, y el tiempo de inestabilidad característico. Adicionalmente, se discute una breve propuesta de la derivación de un criterio de estabilidad basado en el efecto tridimensional de la curvatura transversal de la interfaz.
Se construyó un montaje experimental para visualizar los patrones desplazamiento en una celda de Hele-Shaw. Los experimentos realizados fueron los puntos de referencia para analizar la eficiencia de los criterios de estabilidad propuestos y desarrollar un modelo computacional en COMSOL Multiphysics que reproduzca los resultados experimentales.
Al unir los tres enfoques, los experimentos y el modelo computacional mostraron una buena concordancia y consistencia, con algunas diferencias en los umbrales de estabilidad. Los experimentos tienden a alcanzar inestabilidades más rápidamente que las simulaciones debido a las contribuciones de la curvatura transversal de la interfaz y otros efectos físicos ignorados en las simulaciones. El criterio de estabilidad resultó ser preciso para predecir el comportamiento de la interacción entre fluidos que departan estrictamente de interfaces planas.Físico/
Solving scheduling problems with ant colony optimization metaheuristic and high performance computing
No full textoai:null:123456789/375The evaluation of large NP-hard problems is computationally challenging due to the exponential growth of the search space. However, the implementation of metaheuristics on high-performance computing (HPC) provides a suitable environment to work with large and complex combinatorial optimization problems using parallel computing. Parallel computing allows the division of the problem among several execution units through different communication and synchronization approaches. Metaheuristics are high-level procedures that provide near-to-optimal solutions to an optimization problem. Although exact algorithms can find the global maximum, the execution time of these methods grows exponentially. Therefore, approximate algorithms such as metaheuristics are preferred to work with large problem instances. The Ant Colony Optimization (ACO) is a population metaheuristic with an inherently parallel nature that has demonstrated outstanding time and performance results. This work aims to study the parallelization of the ACO using message passing interface (MPI) and graphics processing unit (GPU) programming with the compute unified device architecture (CUDA) platform.
Based on the existing MPI and CUDA parallel implementations of ACO, we analyze the parallelization details of the algorithm’s main components: the solution-construction, and the pheromone-reinforcement. The MPI-based ACO follows a coarse-grained approach, and the communication between processors is performed after a certain number of iterations following a master-slave approach. The exchange control strategy is guided by a root node that broadcasts the required information to other nodes and then receives the partial solutions constructed independently by each node. The CUDA-based ACO parallelization also follows a coarse-grained approach that splits the work performed in the tour construction among different threads, each thread corresponding to an individual ant. The pheromone-update process is performed atomically to avoid race conditions.
The evaluated algorithms are implemented following an incremental process using profiling methods to test and optimize the algorithms. Several instances of the traveling salesman problem and the job shop scheduling problem are tested with ACO algorithms. Also, an image segmentation problem was solved using the ACO algorithm. The speedup, efficiency, and Karp-Flatt metrics are used to evaluate MPI-based ACO using up to 48 cores. Also, the execution time, the number of iterations, and accuracy are used to evaluate MPI and CUDA implementations using an HPC environment.La resolución de problemas NP-hard presenta un desafío computacional debido al crecimiento exponencial del espacio de búsqueda. La computación de alto rendimiento (HPC) junto con las metaheurísticas se utilizan comúnmente para abordar estos problemas. HPC proporciona un entorno adecuado para trabajar con problemas de optimización combinatoria que presentan gran complejidad, utilizando computación paralela. La computación paralela permite la división del problema entre varias unidades de cómputo utilizando diferentes enfoques de comunicación y sincronización. Las metaheurísticas son procedimientos de alto nivel que generan soluciones casi óptimas a un problema de optimización. Aunque los algoritmos exactos pueden encontrar el máximo global, el tiempo de ejecución de estos métodos crece exponencialmente. Por lo tanto, para trabajar con problemas grandes y complejos, los algoritmos aproximados como las metaheurísticas son usados más frecuentemente. La optimización por colonia de hormigas (ACO) es una metaheurística de población con una naturaleza inherentemente paralela, que ha demostrado buenos resultados de rendimiento y tiempo. Este trabajo tiene como objetivo estudiar la paralelización de ACO mediante la interfaz de paso de mensajes (MPI) y la programación de unidades de procesamiento de gráficos (GPU) utilizando la plataforma CUDA.
Basándonos en las implementaciones paralelas existentes de ACO basadas en MPI y CUDA, analizamos los detalles de la paralelización de los dos componentes principales del algoritmo, la construcción de soluciones y el procedimiento de actualización de feromonas. El algoritmo basado en MPI está implementado con un enfoque de grano grueso, y la comunicación entre procesadores se realiza después de un cierto número de iteraciones siguiendo un enfoque maestro-esclavo. La estrategia de intercambio de mensajes está guiada por un nodo raíz que transmite la información requerida a otros nodos y luego recibe las soluciones parciales construidas independientemente por cada nodo. La paralelización de ACO basada en CUDA también sigue un enfoque de grano grueso y divide el trabajo realizado en la construcción de soluciones entre diferentes hilos, uno por cada hormiga. El proceso de actualización de feromonas se realiza de forma atómica para evitar accesos simultáneos a la misma estructura de memoria.
Los algoritmos evaluados se implementaron con un proceso incremental, donde técnicas de profiling nos permitieron optimizar los algoritmos. Se utilizaron varias instancias del problema del viajante y el problema de job shop scheduling para evaluar los algoritmos. También un problema de segmentación de imágenes fue evaluado utilizando ACO. Las métricas de speedup, eficiencia y Karp-Flatt se utilizaron para evaluar MPI utilizando hasta 48 procesadores. Además, el tiempo de ejecución, el número de iteraciones y la precisión se utilizaron para evaluar MPI y CUDA utilizando HPC.Ingeniero/a en Tecnologías de la Informació
Deep learning for agricultural products price forecasting: the case of Ecuador
No full textThe application of forecasting techniques in the agriculture industry started with an agricultural commodity prediction almost a century ago. However, currently, the same application is not at all explored in the same field. For instance, in the Ecuadorian context, farmers have to suffer the volatility of prices of agriculture products during all the growing stages since they do not count on any forecasting method for preventing future events. Under this context, to the best of our knowledge, there is no study that focuses on forecasting agricultural prices despite the fact that the ministry of agriculture and livestock (MAG) has recorded the prices of agricultural products since 2010. Therefore, this work aims to reduce the gap of knowledge by presenting a pioneer implementation of five deep learning algorithms which forecast weekly and monthly prices of avocado and red onion from the wholesale market of Ibarra city in Ecuador. Results have shown that single models are still suitable for forecasting, although, the best performance comes from compound models as Conv-LSTM MLPs. Likewise, with proper hyper-parameter tuning, the last model showed an error reduction (MAE) of 23% for weekly avocado prices.La aplicación de técnicas de pronóstico en la industria agrícola comenzó con una predicción de productos agrícolas hace casi un siglo. Sin embargo, actualmente, la misma aplicación no se explora en absoluto en el mismo campo. Por ejemplo, en el contexto ecuatoriano, los agricultores tienen que sufrir la volatilidad de los precios de los productos agrícolas durante todas las etapas de crecimiento ya que no cuentan con ningún método de pronóstico para prevenir eventos futuros. En este contexto, hasta donde sabemos, no existe ningún estudio que se centre en la predicción de precios agrícolas a pesar de que el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG) ha registrado los precios de los productos agrícolas desde 2010. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo Reducir la brecha de conocimiento al presentar una implementación pionera de cinco algoritmos de aprendizaje profundo que pronostican precios semanales y mensuales de aguacate y cebolla roja del mercado mayorista de la ciudad de Ibarra en Ecuador. Los resultados han demostrado que los modelos individuales siguen siendo adecuados para la predicción, aunque el mejor rendimiento proviene de modelos compuestos como Conv-LSTM-MLP. Asimismo, con el ajuste adecuado de hiperparámetros, el último modelo mostró una reducción de error (MAE) del 23% para los precios semanales del aguacate.Ingeniero/a en Tecnologías de la Informació
Financial time series forecasting applying deep learning algorithms
No full textThis project presents a deep learning algorithm for intraday stock prices forecasting of Amazon, Inc. Deep learning methods can identify and analyze complex patterns and interactions within the data allowing to optimize the trading process. This study focuses on deep architectures such as convolutional neural networks (CNN), long short-term memory (LSTM), and densely-connected neural networks (NN). Results have shown that the combination of these architectures performs accurately when forecasting non-stationary time series. The evaluation of the proposed method has resulted in a mean absolute error (MAE) of 6.7 for one-step-ahead forecasting and 9.94 for four-step ahead forecasting.Este proyecto presenta un algoritmo de aprendizaje profundo para el pronóstico de los precios de acciones de Amazon, Inc. Los métodos de aprendizaje profundo son capaces de identificar y analizar patrones complejos e interacciones presentes en el conjunto de datos utilizado, esto permite la optimización de los procesos de inversión. Este estudio se enfoca en el análisis de arquitecturas profundas como redes neuronales convolucionales, redes neuronales recurrentes y redes neuronales profundas. Los resultados del método propuesto han demostrado que la combinación de estas arquitecturas proveen un buen desempeño al pronosticar series de tiempo no estacionarias. La evaluación del método propuesto ha arrojado un error absoluto medio de 6.7 para predicciones de un paso por delante y un error absoluto medio de 9.94 para predicciones de cuatro pasos por delante.Ingeniero/a en Tecnologías de la Informació
Chemical characterization of six Thiadiazine compounds with antimalarial activity and their cross-reactivity in the humoral response
No full textMalaria is a parasitic infection caused by a protozoon of the genus Plasmodium, transmitted to humans by female biting mosquitoes of the genus Anopheles. According to the World Health Organization (WHO), Malaria cases worldwide decreased from 238 million cases in 2000 to 230 million cases in 2019. Besides, in 2000 worldwide an estimated 736 000 deaths were reported, compared with 409 000 estimated deaths in 2019, which means Malaria still constitutes a global health problem. Chloroquine is a drug widely used in malaria treatment. For more than 60 years, this drug has been used as anti-malaria in endemic areas, and overuse has caused the parasite’s drug resistance. Therefore, the parasite has developed drug resistance against the chloroquine and its derivates. In consequence, it is crucial to search for new anti-malaria drugs as treatments.
In previous studies, six derivatives of tetrahydro- (2H)-1,3,5-thiadiazine-2-thione (THTT) were evaluated in vivo with two strains of rodent malaria and some of them showed several anti-malaria activities. The aim of this work was to chemically characterize six derivatives of tetrahydro- (2H)-1,3,5-thiadiazine-2-thione (bis-THTT) by melting point (mp), IR (Infrared spectroscopy), UHPLC (ultra-high-performance liquid chromatographic), and UV/Vis (Ultraviolet/Visible) technique and their evaluation of humoral response with hyper-immune sera by indirect ELISA test (Enzyme-Linked-Immunosorbent Assay). The hyper-immune sera were also used to evaluate cross-reactivity between the compounds as antigens by indirect ELISA test.
Furthermore, a combined antigens test was performed in the indirect ELISA test between the two antigens previously recognized by the hyper-immune sera and the indirect ELISA test to evaluate the polyclonal's chemical structures antibodies from sera indirectly.
The humoral evaluation results through the use of indirect ELISA shows that compounds JH1, JH3, and JH4 react with almost all of them. Besides, the compounds JH4, JH5, and JH6 antigens stimulate the BALB/ C mice's immune system and present the highest absorbance (0.080, 0.066, and 0.118 O.D., respectively). On the other hand, the antigens with less humoral response stimulation are chloroquine and JH1 (0.027, 0.044 O.D., respectively).
Finally, we suggest that the best combinations of two antigens as a combined therapy would be: JH1 + JH3, JH1 + JH4, JH2 + JH3, and JH2 + JH4 because they share similar absorbances between the mixture of antigens, showing similar recognition by antibodies and by compounds.La malaria es una infección parasitaria causada por un protozoo del género Plasmodium, transmitido a los humanos por mosquitos hembra del género Anopheles que pican. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), los casos de malaria en todo el mundo disminuyeron de 238 millones de casos en 2000 a 230 millones de casos en 2019. Además, en 2000 en todo el mundo se notificaron 736 000 muertes, en comparación con 409 000 muertes estimadas en 2019, lo que significa que la malaria sigue constituyendo un problema de salud mundial. La cloroquina es un fármaco muy utilizado en el tratamiento de la malaria. Durante más de 60 años, este fármaco se ha utilizado como antipalúdico en zonas endémicas y el uso excesivo ha provocado la resistencia del parásito a los fármacos. Por tanto, el parásito ha desarrollado farmacorresistencia frente a la cloroquina y sus derivados. En consecuencia, es crucial buscar nuevos medicamentos contra la malaria como tratamientos.
En estudios anteriores, seis derivados de tetrahidro- (2H) -1,3,5-tiadiazina-2-tiona (THTT) se evaluaron in vivo con dos cepas de malaria en roedores y algunas de ellas mostraron varias actividades antipalúdicas. El objetivo de este trabajo fue caracterizar químicamente seis derivados de tetrahidro- (2H) -1,3,5-tiadiazina-2-tiona (bis-THTT) por punto de fusión (pf), IR (espectroscopía infrarroja), UHPLC (ultra -cromatográfica líquida de alto rendimiento) y UV / Vis (Ultravioleta / Visible) y su evaluación de la respuesta humoral con sueros hiperinmunes mediante prueba ELISA indirecta (Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas). Los sueros hiperinmunes también se utilizaron para evaluar la reactividad cruzada entre los compuestos como antígenos mediante la prueba ELISA indirecta.
Además, se realizó una prueba de antígenos combinados en la prueba ELISA indirecta entre los dos antígenos previamente reconocidos por los sueros hiperinmunes y la prueba ELISA indirecta para evaluar las estructuras químicas policlonales de los anticuerpos de los sueros de forma indirecta.
Los resultados de la evaluación humoral mediante el uso de ELISA indirecto muestran que los compuestos JH1, JH3 y JH4 reaccionan con casi todos ellos. Además, los antígenos de los compuestos JH4, JH5 y JH6 estimulan el sistema inmunológico de los ratones BALB / C y presentan la mayor absorbancia (0.080, 0.066 y 0.118 O.D., respectivamente). Por otro lado, los antígenos con menor estimulación de respuesta humoral son la cloroquina y JH1 (0,027, 0,044 D.O., respectivamente).
Finalmente, sugerimos que las mejores combinaciones de dos antígenos como terapia combinada serían: JH1 + JH3, JH1 + JH4, JH2 + JH3 y JH2 + JH4 porque comparten absorbancias similares entre la mezcla de antígenos, mostrando un reconocimiento similar por los anticuerpos y por compuestos.Biólogo/