Oxygen pathway modeling estimates high Reactive oxygen species production above the highest permanent human habitation.

The production of reactive oxygen species (ROS) from the inner mitochondrial membrane is one of many fundamental processes governing the balance between health and disease. It is well known that ROS are necessary signaling molecules in gene expression, yet when expressed at high levels, ROS may cause oxidative stress and cell damage. Both hypoxia and hyperoxia may alter ROS production by changing mitochondrial Po2 (). Because depends on the balance between O2 transport and utilization, we formulated an integrative mathematical model of O2 transport and utilization in skeletal muscle to predict conditions to cause abnormally high ROS generation. Simulations using data from healthy subjects during maximal exercise at sea level reveal little mitochondrial ROS production. However, altitude triggers high mitochondrial ROS production in muscle regions with high metabolic capacity but limited O2 delivery. This altitude roughly coincides with the highest location of permanent human habitation. Above 25,000 ft., more than 90% of exercising muscle is predicted to produce abnormally high levels of ROS, corresponding to the "death zone" in mountaineering

ChainRank, a chain prioritisation method for contextualisation of biological networks

Advances in high throughput technologies and growth of biomedical knowledge have contributed to an exponential increase in associative data. These data can be represented in the form of complex networks of biological associations, which are suitable for systems analyses. However, these networks usually lack both, context specificity in time and space as well as the distinctive borders, which are usually assigned in the classical pathway view of molecular events (e.g. signal transduction). This complexity and high interconnectedness call for automated techniques that can identify smaller targeted subnetworks specific to a given research context (e.g. a disease scenario)

The COPD Knowledge Base: enabling data analysis and computational simulation in translational COPD research

Background Previously we generated a chronic obstructive pulmonary disease (COPD) specific knowledge base (http://www.copdknowledgebase.eu) from clinical and experimental data, text-mining results and public databases. This knowledge base allowed the retrieval of specific molecular networks together with integrated clinical and experimental data. Results The COPDKB has now been extended to integrate over 40 public data sources on functional interaction (e.g. signal transduction, transcriptional regulation, protein-protein interaction, gene-disease association). In addition we integrated COPD-specific expression and co-morbidity networks connecting over 6 000 genes/proteins with physiological parameters and disease states. Three mathematical models describing different aspects of systemic effects of COPD were connected to clinical and experimental data. We have completely redesigned the technical architecture of the user interface and now provide html and web browser-based access and form-based searches. A network search enables the use of interconnecting information and the generation of disease-specific sub-networks from general knowledge. Integration with the Synergy-COPD Simulation Environment enables multi-scale integrated simulation of individual computational models while integration with a Clinical Decision Support System allows delivery into clinical practice. Conclusions The COPD Knowledge Base is the only publicly available knowledge resource dedicated to COPD and combining genetic information with molecular, physiological and clinical data as well as mathematical modelling. Its integrated analysis functions provide overviews about clinical trends and connections while its semantically mapped content enables complex analysis approaches. We plan to further extend the COPDKB by offering it as a repository to publish and semantically integrate data from relevant clinical trials. The COPDKB is freely available after registration at http://www.copdknowledgebase.eu

Biomedical research in a digital health framework

This article describes a Digital Health Framework (DHF), benefitting from the lessons learnt during the three-year life span of the FP7 Synergy-COPD project. The DHF aims to embrace the emerging requirements--data and tools--of applying systems medicine into healthcare with a three-tier strategy articulating formal healthcare, informal care and biomedical research. Accordingly, it has been constructed based on three key building blocks, namely, novel integrated care services with the support of information and communication technologies, a personal health folder (PHF) and a biomedical research environment (DHF-research). Details on the functional requirements and necessary components of the DHF-research are extensively presented. Finally, the specifics of the building blocks strategy for deployment of the DHF, as well as the steps toward adoption are analyzed. The proposed architectural solutions and implementation steps constitute a pivotal strategy to foster and enable 4P medicine (Predictive, Preventive, Personalized and Participatory) in practice and should provide a head start to any community and institution currently considering to implement a biomedical research platform

Systems Medicine: from molecular features and models to the clinic in COPD

BACKGROUND AND HYPOTHESIS: Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) patients are characterized by heterogeneous clinical manifestations and patterns of disease progression. Two major factors that can be used to identify COPD subtypes are muscle dysfunction/wasting and co-morbidity patterns. We hypothesized that COPD heterogeneity is in part the result of complex interactions between several genes and pathways. We explored the possibility of using a Systems Medicine approach to identify such pathways, as well as to generate predictive computational models that may be used in clinic practice. OBJECTIVE AND METHOD: Our overarching goal is to generate clinically applicable predictive models that characterize COPD heterogeneity through a Systems Medicine approach. To this end we have developed a general framework, consisting of three steps/objectives: (1) feature identification, (2) model generation and statistical validation, and (3) application and validation of the predictive models in the clinical scenario. We used muscle dysfunction and co-morbidity as test cases for this framework. RESULTS: In the study of muscle wasting we identified relevant features (genes) by a network analysis and generated predictive models that integrate mechanistic and probabilistic models. This allowed us to characterize muscle wasting as a general de-regulation of pathway interactions. In the co-morbidity analysis we identified relevant features (genes/pathways) by the integration of gene-disease and disease-disease associations. We further present a detailed characterization of co-morbidities in COPD patients that was implemented into a predictive model. In both use cases we were able to achieve predictive modeling but we also identified several key challenges, the most pressing being the validation and implementation into actual clinical practice. CONCLUSIONS: The results confirm the potential of the Systems Medicine approach to study complex diseases and generate clinically relevant predictive models. Our study also highlights important obstacles and bottlenecks for such approaches (e.g. data availability and normalization of frameworks among others) and suggests specific proposals to overcome them

Workforce preparation: the Biohealth computing model for Master and PhD students

The article addresses the strategic role of workforce preparation in the process of adoption of Systems Medicine as a driver of biomedical research in the new health paradigm. It reports on relevant initiatives, like CASyM, fostering Systems Medicine at EU level. The chapter focuses on the BioHealth Computing Program as a reference for multidisciplinary training of future systems-oriented researchers describing the productive interactions with the Synergy-COPD project

TRY plant trait database - enhanced coverage and open access

Plant traits-the morphological, anatomical, physiological, biochemical and phenological characteristics of plants-determine how plants respond to environmental factors, affect other trophic levels, and influence ecosystem properties and their benefits and detriments to people. Plant trait data thus represent the basis for a vast area of research spanning from evolutionary biology, community and functional ecology, to biodiversity conservation, ecosystem and landscape management, restoration, biogeography and earth system modelling. Since its foundation in 2007, the TRY database of plant traits has grown continuously. It now provides unprecedented data coverage under an open access data policy and is the main plant trait database used by the research community worldwide. Increasingly, the TRY database also supports new frontiers of trait-based plant research, including the identification of data gaps and the subsequent mobilization or measurement of new data. To support this development, in this article we evaluate the extent of the trait data compiled in TRY and analyse emerging patterns of data coverage and representativeness. Best species coverage is achieved for categorical traits-almost complete coverage for 'plant growth form'. However, most traits relevant for ecology and vegetation modelling are characterized by continuous intraspecific variation and trait-environmental relationships. These traits have to be measured on individual plants in their respective environment. Despite unprecedented data coverage, we observe a humbling lack of completeness and representativeness of these continuous traits in many aspects. We, therefore, conclude that reducing data gaps and biases in the TRY database remains a key challenge and requires a coordinated approach to data mobilization and trait measurements. This can only be achieved in collaboration with other initiatives

Instance reduction for one-class classification

Instance reduction techniques are data preprocessing methods originally developed to enhance the nearest neighbor rule for standard classification. They reduce the training data by selecting or generating representative examples of a given problem. These algorithms have been designed and widely analyzed in multi-class problems providing very competitive results. However, this issue was rarely addressed in the context of one-class classification. In this specific domain a reduction of the training set may not only decrease the classification time and classifier’s complexity, but also allows us to handle internal noisy data and simplify the data description boundary. We propose two methods for achieving this goal. The first one is a flexible framework that adjusts any instance reduction method to one-class scenario by introduction of meaningful artificial outliers. The second one is a novel modification of evolutionary instance reduction technique that is based on differential evolution and uses consistency measure for model evaluation in filter or wrapper modes. It is a powerful native one-class solution that does not require an access to counterexamples. Both of the proposed algorithms can be applied to any type of one-class classifier. On the basis of extensive computational experiments, we show that the proposed methods are highly efficient techniques to reduce the complexity and improve the classification performance in one-class scenarios

An Indication of Anisotropy in Arrival Directions of Ultra-high-energy Cosmic Rays through Comparison to the Flux Pattern of Extragalactic Gamma-Ray Sources

A new analysis of the data set from the Pierre Auger Observatory provides evidence for anisotropy in the arrivaldirections of ultra-high-energy cosmic rays on an intermediate angular scale, which is indicative of excess arrivalsfrom strong, nearby sources. The data consist of 5514 events above 20 EeV with zenith angles up to 80°recordedbefore 2017 April 30. Sky models have been created for two distinct populations of extragalactic gamma-rayemitters: active galactic nuclei from the second catalog of hard Fermi-LAT sources (2FHL) and starburst galaxiesfrom a sample that was examined with Fermi-LAT. Flux-limited samples, which include all types of galaxies fromthe Swift-BAT and 2MASS surveys, have been investigated for comparison. The sky model of cosmic-ray densityconstructed using each catalog has two free parameters, the fraction of events correlating with astrophysicalobjects, and an angular scale characterizing the clustering of cosmic rays around extragalactic sources. Amaximum-likelihood ratio test is used to evaluate the best values of these parameters and to quantify the strength ofeach model by contrast with isotropy. It is found that the starburst model fits the data better than the hypothesis ofisotropy with a statistical significance of 4.0σ, the highest value of the test statistic being for energies above39 EeV. The three alternative models are favored against isotropy with 2.7σ?3.2σ significance. The origin of theindicated deviation from isotropy is examined and prospects for more sensitive future studies are discussed.Fil: Aab, A.. Radboud University Nijmegen; Países BajosFil: Allekotte, Ingomar. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Almela, Daniel Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Andrada, B.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Bertou, Xavier Pierre Louis. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Botti, Ana Martina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Cancio, A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Contreras, F.. Observatorio Pierre Auger; ArgentinaFil: Etchegoyen, Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Figueira, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Fuster, Alan Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Golup, Geraldina Tamara. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Gómez Berisso, M.. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Gómez Vitale, P. F.. Pierre Auger Observatory; ArgentinaFil: González, N.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Hampel, Matias Rolf. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Hansen, Patricia Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Harari, Diego Dario. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Holt, E.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Hulsman, Johannes. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Josebachuili Ogando, Mariela Gisele. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Kleinfeller, J.. Pierre Auger Observatory; ArgentinaFil: Lucero, A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Mollerach, Maria Silvia. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Melo, Diego Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Müller, Ana Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Naranjo, I.. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Roulet, Esteban. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Rodriguez Rojo, J.. Pierre Auger Observatory; ArgentinaFil: Sánchez, F.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Santos, E.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Sarmiento Cano, Christian Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Schmidt, D.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Sciutto, Sergio Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Silli, Gaia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Suarez, F.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Taborda Pulgarin, Oscar Alejandro. Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Wainberg, Oscar Isaac. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Wundheiler, Brian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: Yushkov, Alexey. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Comisión Nacional de Energía Atómica. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Tecnología en Detección y Astropartículas; ArgentinaFil: The Pierre Auger Collaboration. Pierre Auger Observatory; Argentin