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Introducing biological information in the superparamagnetic clustering algorithm of gene expression data
Get PDFTesis (Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología)"Los microarreglos proporcionan informaciòn de la actividad a nivel transcripcional de los genes de un organismo, bajo distintas circunstancias. Esto puede llevar al descubrimiento de genes clave en procesos celulares, clasificación molecular de enfermedades o identificar funciones para los genes, entre otras cosas. En el proceso de obtención de esta información, los algoritmos de clustering son una pieza importante al ayudar en la clasificación de los datos provenientes de microarreglos. En este trabajo modificamos el algoritmo de Clustering Superparamagnético añadiendo un peso extra en la fórmula de interacción que aprovecha la información que se tiene sobre los genes regulados por un mismo factor de transcripción. Con este algoritmo modificado, que nombramos SPCTF, analizamos los datos de microarreglos de Spellman et al. para ciclo celular en levadura (Saccharomyces cerevisiae) y encontramos clusters con un número mayor de integrantes, comparando con el algoritmo original SPC. Algunos de los genes que pudimos incorporar no fueron detectados por Spellman et al. en un principio, pero fueron identificados por otros estudios posteriormente. Otros de los genes que fueron incorporados aún no han sido clasificados, por lo que analizamos los clusters compuestos en su mayoría por estos genes sin identificar con el algoritmo MUSA y esto nos permitió seleccionar aquellos cuyos genes contienen sitios de unión a factores de transcripción correspondientes a ciclo celular. Estos clusters pueden ser estudiados ahora de manera experimental para descubrir nuevos genes involucrados en el ciclo celular. La idea de introducir la información biológica ya disponible para optimizar la clasificación de genes puede ser implementada para otros algoritmos de clustering.""Microarray technology allow researchers to examine the transcriptional activity of thousands of genes under different conditions. Microarrays have been used, for example, to discover key genes involved in cellular processes, disease classification, drug development and gene function annotation. Clustering algorithms have become an important step in the microarray data analysis in order to discover biologically relevant information. We modify the superparamagnetic clustering algorithm (SPC) by adding an extra weight to the interaction formula that considers which genes are regulated by the same transcription factor. This combined similarity measure for two genes relies on two types of information: their expression profiles generated by a microarray, and the number of shared transcription factors that have been proved (experimentally) to bind to their promoters. With this modified algorithm which we call SPCTF, we analyze the Spellman et al. microarray data for cell cycle genes in yeast (Saccharomyces cerevisiae), and find clusters with a higher number of elements compared with those obtained with the SPC algorithm. Some of the incorporated genes by using SPCFT were not detected at first by Spellman et al. but were later identified by other studies, whereas several genes still remain unclassified. The clusters composed by unidentified genes were analyzed with MUSA, the motif finding using an unsupervised approach algorithm, and this allow us to select the clusters whose elements contain cell cycle transcription factor binding sites as clusters worthy of further experimental studies because they would probably lead to new cell cycle genes. Our idea of introducing the available information about transcription factors to optimize the gene classification could be implemented for other distance-based clustering algorithms.
On friction effects as a mechanism to induce complex dynamical behavior in earthquakes
Get PDF"In this paper we analyze a nonlinear dynamical system that describes the kinetic mechanism between tectonic plates on the crust´s earth undergoing stick slip movement. The analysis includes friction effects and an empirical friction law of granite rocks. The phenomena involved in the analyzed model are Stribeck´s effect; Dieterich- Ruina´s law; and properties of media as a presence of fluids and deformation. Outcomes arise from analysis of the system, which is conceived by a single slider block of one degree of freedom over a roughness and lubricated surface and formulated by space-state model through a differential equation system. We describe the oscillatory behavior for both continuous and switched conditions in terms of the mathematical solutions. Periodic and aperiodic orbits exist under a driven force and even more complex behavior. A relationship is given between the stability of the switched system and the parameter related with the oscillation frequency associated to characteristic longitude of displacement of slider. A necessary condition for stability in an unstable regime is deduced, under certain conditions in terms of frictional and seismic parameters of the analyzed model. Thus, we show the stationary and aperiodic solutions that describe the friction mechanism inducing earthquakes with a complex and nonlinear behavior.
Optimization of entanglement using genetic algorithms
Get PDFTesis (Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología)"En tiempos recientes la búsqueda de un modelo más general de computación derivó finalmente en el concepto de la computadora cuántica, un esquema de procesamiento de información basado totalmente en fenómenos cuánticos. Esto, a su vez, ha propiciado el estudio de nuevos recursos tales como el Entanglement, que se define como un tipo especial de correlación que tiene lugar a nivel cuántico. En el presente trabajo, se estudia la optimización numérica de la Concurrencia –una medida de Entanglement– a primeros vecinos en redes bipartitas de una y dos dimensiones, así como no-bipartitas en algunas redes de dos dimensiones. Los resultados muestran que la Concurrencia de las redes optimizadas es considerablemente más alta que en aquellas donde no hubo optimización. En el caso de las cadenas unidimensionales, la Concurrencia incrementa de manera notable cuando el sistema presenta el fenómeno de dimerización. Más aún, la optimización más alta de Concurrencia en redes de dos dimensiones bipartitas y no-bipartitas se alcanza cuando las estructuras tienden a romperse en subsistemas más pequeños, los cuales se encuentran arreglados en configuraciones geométricamente distinguibles.""In recent times the research to find a more general model of computation ultimately led to the concept of the quantum computer, an information processing scheme based entirely on quantum phenomena. This, in turn, has led to the study of new resources such as Entanglement, which is defined as a special kind of correlation found only at quantum scale. In the present work, we study the numerical optimization of nearestneighbor Concurrence –a measurement of entanglement–, of bipartite one-and two-dimensional lattices, as well as non-bipartite two-dimensional lattices. Results show that the Concurrence of the optimized lattice structures is considerably higher than that of non-optimized systems. In the case of one-dimensional chains, the Concurrence increases remarkably when the system begins to dimerize. Moreover, the optimization of Concurrence in two-dimensional bipartite and non-bipartite lattices is achieved when the structures break into smaller subsystems, which are arranged in geometrically distinguishable configurations.
Packing material comprising starch-modified polyurethane for the biofiltration of organic compounds present in gaseous or liquid effluents, production methods thereof and biofiltration system
No full text"La presente invención describe un material de empaque para biofiltros que comprende un polímero de poliuretano y almidón. El material de empaque es resistente a la compactación, es capaz de sorber compuestos orgánicos contaminantes y reduce el tiempo de arranque del biofiltros. El material de empaque puede ser utilizado como soporte en la biofiltración de compuestos orgánicos volátiles y/o semi-volátiles presentes en efluentes gaseosos o líquidos.""The invention relates to a packing material for biofilters, having a polyurethane polymer and starch. The packing material is resistant to compaction, can sorb pollutant organic compounds and reduces the start-up time of the biofilter. The packing material can be used as a substrate in the biofiltration of volatile and/or semi-volatile organic compounds present in gaseous or liquid effluents.
Expresión de interferón gamma humano y la proteína verde fluorescente en E. coli usando el sistema de autotransporte ShdA.
Get PDFTesis (Maestría en Ciencias en Biología Molecular)"La exportación de proteínas recombinantes en Escherichia coli, ya sea ancladas o liberadas fuera de la membrana externa es de gran utilidad en muchas aplicaciones biotecnológicas. En bacterias Gram–negativas se conocen siete vías de secreción de proteínas y una adicional auxiliada por chaperonas, de ellas la vía V llamada de los ‘Autotransportadores’ es la más simple. Los autotransportadores de Salmollela sp, MisL y ShdA, comparten con AIDA-I, de E. coli, alrededor de un 30% de identidad. El autotransportador AIDA-I ha demostrado ser una herramienta útil para el transporte de proteínas. En el presente trabajo se estudió la expresión de dos proteínas de fusión, LTB-hIFN-ShdA, LTB-GFP-ShdA para evaluar si el autotransportador ShdA permite la translocación de la proteína verde fluorescente (GFP) y el interferón gamma humano (hIFN-) fuera de la membrana de E. coli. Las secuencias se subclonaron en pET-12. Las cepas BL21SI, BL21(DE3)-pLysS y BL21(DE3)-pRARE se transformaron y se encontró que las proteínas de fusión, LTB-GFP-ShdA y LTB-hIFN-ShdA, son tóxicas para el metabolismo de las cepas usadas en este trabajo. El cambio de temperatura, medio de cultivo y coexpresión de las cepas con pRARE no aumentó significativamente la expresión de las fusiones. Finalmente la proteína LTB-hIFN-ShdA no se detectó fuera de la membrana externa de E. coli. Esto sugiere que la proteína se encuentra anclada en la membrana interna y en cuerpos de inclusión citoplásmicos""Recombinant protein display at cellular surface in Escherichia coli is useful for many biotechnical applications. In Gram–negative bacteria seven secretion systems are recognized along with an additional the chaperone usher. The system V termed ‘Autotransporters’ is the simplest mechanism. The Salmonella’s autotransporters, MisL and ShdA share 30% identity with AIDA-I. AIDA-I is an E. coli’s autotransporter and it has been demonstrated to be an useful tool for protein display. The aim of this study was to evaluate whether the ShdA system is suitable to translocate, the human interferon gamma (hIFN-) and the green fluorescent protein (GFP), toward out membrane in E. coli. We focused on the expression of two fusion proteins: LTB-hIFN-ShdA and LTB-GFP-ShdA. The DNA sequences of those fusions were subcloned into the pET-12 vector expression system. BL21SI, BL21(DE3)-pLysS and BL21(DE3)-pRARE were used as host strains. The findings showed that LTB-GFP-ShdA and LTB-hIFN-ShdA were toxic to the strains tested. Changes in temperature, medium and co-expressing pRARE in host strains did not significantly improve the quantity and quality of protein expression. Finally LTBhIFN ShdA was not detected toward the outer membrane in E. coli this suggests that the protein is could be anchored to the inner membrane and in cytoplasmic inclusion bodies.
Refrigerant capacity of austenite in as-quenched and annealed Ni51.1Mn31.2In17.7 melt spun ribbons
Get PDF"The thermal dependence of the magnetic entropy change (Delta S-M(T)) and refrigerant capacity (RC) of austenite in as-quenched ribbons of chemical composition Ni51.1Mn31.2In17.7 produced by melt spinning at a high cooling rate of 48 ms(-1) is reported. The effect of annealing at 1073 K on the structure and the magnetic properties was studied. The as-quenched sample is a single-phase austenite that presents a B2 ordered structure. The annealing on the melt spun samples produced a L2(1)-type ordered structure. Austenite is characterized by a broad Delta S-M(T) curve that, for a field change of 5.0 T, exhibits a full-width at half-maximum delta T-FMHW of 107 K, a peak value of the magnetic entropy change Delta S-M(peak) of -3.1 Jkg(-1) K-1, and RC = 345 Jkg(-1). Although annealed samples show larger Delta S-M(peak) values the narrower Delta S-M(T) curves leads to a reduction in RC. Thus, the as-quenched sample shows a higher efficiency for a refrigerant cycle.
Magnetovolume and magnetocaloric effects in Er2Fe17
Get PDF"Combining different experimental techniques, investigations in hexagonal P6(3)/mmc Er2Fe17 showremarkable magnetovolume anomalies below the Curie temperature, T-C. The spontaneous magnetostriction reaches 1.6 x 10(-2) at 5Kand falls to zero well above T-C, owing to short-range magnetic correlations. Moreover, Er2Fe17 exhibits direct and inverse magnetocaloric effects (MCE) with moderate isothermal magnetic entropy Delta S-M, and adiabatic temperature Delta T-ad changes [Delta S-M similar to -4.7 J(kgK)(-1) and Delta T-ad similar to 2.5 K near the T-C, and Delta S-M similar to 1.3 J(kgK)(-1) and Delta T-ad similar to -0.6 K at 40 K for Delta H = 80 kOe, respectively, determined from magnetization measurements]. The existence of an inverse MCE seems to be related to a crystalline electric field-level crossover in the Er sublattice and the ferrimagnetic arrangement between the magnetic moments of the Er and Fe sublattice. The main trends found experimentally for the temperature dependence of Delta S-M and Delta T-ad as well as for the atomic magnetic moments are qualitatively well described considering a mean-field Hamiltonian that incorporates both crystalline electric field and exchange interactions. Delta S-M (T) and Delta T-ad(T) curves are essentially zero at similar to 150 K, the temperature where the transition from direct to inverse MCE occurs. A possible interplay between the MCE and the magnetovolume anomalies is also discussed.
Modelación de la producción primaria neta en un bosque semiárido como disturbio antropogénico en San Luis Potosí, México
Get PDFTesis (Maestría en Ciencias Ambientales)"En el contexto de mitigación del efecto invernadero provocado por las elevadasconcentraciones de dióxido de carbono (CO2) producido por actividades humanas, los ecosistemas terrestres juegan un papel muy importante como sumidero de carbono (C). A través de la Producción Primaria Neta (PPN), los ecosistemas absorben el CO2 de la atmósfera y lo guardan en diferentes componentes (vegetación, mantillo y suelo). La PPN es controlada por diferentes factores: los grupos funcionales de plantas, y factores de suelo y clima. La estimación de PPN tiene grandes incertidumbres, debido a la gran diversidad de biomas en el mundo, pero también a la tasa de cambio de uso de suelo (CUS) y a los efectos de retroalimentación con el clima, como los cambios en la temperatura y la precipitación. Para reducir estas incertidumbres, los Sistemas de Información Geográfica (GRASS-GIS) y los modelos basados en procesos biogeoquímicos (BIOME-BGC), son herramientas muy útiles para la determinación de PPN a diferentes escalas de paisaje incluyendo el CUS. En este estudio se determinó el CUS, entre 1979 y 2009, y se modeló el ciclo de C, bajo tres diferentes escenarios: E(I) PPN potencial máximo (línea de base), E(II) Potencial máximo de PPN con disturbio de pérdida de suelo y E(III) Simulación del efecto de deforestación y regeneración natural en un ecosistema semiárido (bosque de pinoencino, chaparral y pastizal) en la Sierra San Miguelito, San Luis Potosí. Los resultados de CUS muestran una lenta reducción de bosque (-1.6%) y pastizales (- 8.9%) mientras los chaparrales aumentaron (4.2%). Escalando los resultados de ciclo de C a nivel de paisaje, en general se observó un incremento de la PPN y el reservorio de C entre 1979 y 2009, debido a un incremento de la precipitación a partir de 1980. Comparando los tres escenarios, los mayores valores se observaron en el E(I) debido a la PPN (169, 140 y 26 gC/m2/año, para bosque, chaparral y pastizal, respectivamente) y reservorio de C total (8.9, 6.9 y 0.9 KgC/m2, en bosque, chaparral y pastizal, respectivamente). Enfocándose únicamente en los E(II) y E(III), en el primero (E(II)), la simulación de la pérdida de una capa de suelo afectó mayormente su reservorio de C, mientras que en el E(III) la simulación de deforestación-sucesión mostró por su PPN un gran potencial de secuestro de C a largo plazo.""Terrestrial ecosystems are important carbon (C) sinks in the context of climate change mitigation. Climate change is caused by high concentrations of carbon dioxide (CO2) emissions produced by human activities into the atmosphere. Ecosystems remove C from the atmosphere through the process of net primary production (NPP). Ecosystems accumulate C in the form of organic matter in soils, litter and vegetation for long periods. NPP is controlled by several factors including; plant functional types, soil resources and climate. The estimation of NPP has a large number of uncertainties arising from, the large biome diversity around the world, land use change (LUC) at regional scales and feedbacks of the climate system including changes in temperature and precipitation. Both, geographic information systems (GRASS-GIS) and biogeochemical models (BIOME-BGC) are useful tools to reduce these uncertainties. In this study we analyzed observed LUC between 1979 and 2009 and modeled the carbon dynamics in a semi-arid forest in Sierra San Miguelito, San Luis Potosí, Mexico, for three functional plant types (pine-oak forest, chaparral and C4 grassland). To simulate C dynamics in this ecosystem, we examined three different scenarios (S): (I) NPP maximum potential or baseline scenario, (II) NPP observed under disturbance of soil loss, and (III) the simulation of deforestation and natural regeneration. Results from LUC analysis showed a low reduction for the forest (-1.6%) and grassland (-8.9%), while there was an increase for the chaparral (4.2%). Scaling up BIOME-BGC results to the landscape level, overall we noted an increase on NPP and carbon stock between 1979 and 2009, which was caused by an increase of precipitation in this period. Comparing the three scenarios for these variables, the highest NPP were observed in S(I) (forest 169 gC/m2/yr, chaparral 140 gC/m2/yr and grassland 26 gC/m2/yr) and total C-stock (forest 8.9 KgC/m2, chaparral 6.9 KgC/m2 and grassland 0.9 KgC/m2). Focusing only in S(II) and S(III), soil loss have resulted in lower NPP and C-stock, while deforestation and succession scenarios S(III) showed low C-stock however a high C sequestration potential translated into high NPP in the future.
Conexiones hidráulicas en cuencas hidrogeológicas en la Sierra Madre Oriental aplicando modelos hidrogeoquímicos.
Get PDFTesis (Maestría en Ciencias Ambientales)"El área de estudio se encuentra dentro de la Plataforma Valles-San Luis Potosí la cual pertenece a la Sierra Madre Oriental (SMO), cuya porción montañosa formada por anticlinales y sinclinales tienen una orientación preferencial N-S y un sistema muy importante de fallas y fracturas con orientación E-W que controlan el flujo subterráneo hacia el Golfo de México. Se identificaron dos principales tipos de agua: uno bicarbonatado cálcico debido a interacción con rocas carbonatadas como las calizas. Otro es de tipo sulfatado cálcico que se relaciona con un proceso de interacción agua-roca, principalmente de origen evaporítico como son los yesos, los cuales le dan estas características. Para demostrar la conectividad hidráulica entre las cuencas hidrogeológicas de la Zona Centro, Media y Huasteca en el área de estudio, se aplicó modelación hidrogeoquímica de tipo inversa a 5 secciones. La modelación de la posible conexión hidráulica entre Zona Centro (Valle de San Luis Potosí) y Zona Media (Rioverde) no generó ningún modelo capaz de reproducir una evolución del agua subterránea, lo que se interpreta como cuencas independientes sin conexión hidráulica. En el trayecto de Rioverde a Santa Anita, el agua subterránea cambia su composición química debido a un proceso de dilución por mezcla con otras aguas de reciente infiltración o menos evolucionadas por lo que, sus parámetros fisicoquímicos disminuyen. El flujo subterráneo de Apesco a Huichihuayan muestra un incremento en sus parámetros fisicoquímicos debido a la disolución de yeso, calcedonia y dolomita; así como, precipitación de anhidrita, aragonita, calcita, halita y celestita. La evolución hidrogeoquímica de Unión de Guadalupe a Tambaque muestra un incremento de los parámetros fisicoquímicos por la disolución de calcita, fluorita, halita, sílice, azufre; así como, precipitación de dolomita. En la sección El Salto- Minas Viejas, se relaciona con la disolución de calcita, pirita y cuarzo; acompañada con la precipitación de celestita, dolomita, FeS, yeso, halita, jarosita. A excepción del trayecto entre la Zona Centro y la Zona Media, en el resto de las cuencas si existe conexión hidráulica.""The study area lies within the Platform Valles-San Luis Potosi, which belongs to the Sierra Madre Oriental (SMO), which consists of mountainous portion anticlines and synclines have a preferential orientation NS and a very important faults and fractures EW orientation that control groundwater flow into the Gulf of Mexico. We identified two main types of water: calcium bicarbonate due to interaction with carbonate rocks such as limestone. Another is calcium sulfate type that relates to a process of water-rock interaction, mainly from evaporite such as gypsum, which gives these features. To demonstrate the hydraulic connectivity between the hydrogeological basin the Middle Zone, Media and Huasteca in the study area, hydrogeochemical modeling was applied reverse type 5 sections. The modeling of the potential hydraulic connection between Central Zone (Valle de San Luis Potosi) and Central Zone (Rio Verde) generated no model able to reproduce an evolution of groundwater, which is interpreted as independent basins without hydraulic connection. On the way to Santa Anita Rioverde, ground water changes its chemical composition by a process of dilution by mixing with other recent water infiltration or less evolved and therefore, their physicochemical parameters decrease. Groundwater Huichihuayán-Apesco to show an increase in their physicochemical parameters due to the dissolution of gypsum, chalcedony and dolomite, and precipitation of anhydrite, aragonite, calcite, halite and celestite. Hydrogeochemical evolution of Guadalupe Union Tambaque shows an increase in the physicochemical parameters for the dissolution of calcite, fluorite, halite, silica, sulfur and precipitation of dolomite. Section El Salto-Minas Viejas, is related to the dissolution of calcite, pyrite and quartz, and accompanied by the precipitation of celestite, dolomite, FeS, gypsum, halite, jarosite. Except for the path lines between the Centre and the Central Zone, in other basins if hydraulic connection.
Valor de conservación de una área natural protegida en Puebla, México
Get PDF"Mexico has several natural protected areas (NPAs) managed by state administrations. However, the aims these NPAs are more closely related to local political contexts than to their importance as reservoirs of biodiversity. In this study, we assessed the conservation value of the park Flor del Bosque, in the state of Puebla. Since this park contains both, well-preserved and human-disturbed habitats, we compared the diversity of plants and birds between these habitat types. Later, to assess its conservation value, the total diversity of the park was compared with that from an external, unprotected site with similar vegetation structure. In the park, the diversity of both groups of organisms was higher at well-preserved rather than at disturbed habitats. Furthermore, the analyses indicated that the entire diversity of the park is substantially higher than that of the external site. Thus, we suggest that these type of studies should be promoted by the state governments to determine the conservation value of their NPAs and, therefore aid in the development of adequate management programs for these sites.""México tiene varias áreas naturales protegidas (ANPs) que dependen de los gobiernos estatales. Sin embargo, los objetivos de estas ANPs están más estrechamente vinculados a los contextos políticos locales que a su importancia como reservorios de la biodiversidad. En este estudio evaluamos el valor de conservación del parque ecológico Flor del Bosque, en el estado de Puebla. Debido a que el parque tiene hábitats bien conservados y antropogénicamente perturbados, comparamos la diversidad de plantas y aves entre esos tipos de hábitats. Después, para evaluar el valor de conservación, la diversidad total del parque fue comparada con la de un sitio externo, no protegido, con estructura similar en cuanto al tipo de vegetación. En el parque, la diversidad de plantas y aves fue más alta en los hábitats bien conservados que en los perturbados. Además, los análisis mostraron que la diversidad total del parque es muy superior a la del sitio externo. Por lo tanto, sugerimos que este tipo de trabajos deben ser promovidos por los gobiernos estatales para determinar el valor de conservación de sus ANPs y así, desarrollar programas de manejo adecuados para esos sitios.