Coupling metabolic footprinting and flux balance analysis to predict how single gene knockouts perturb microbial metabolism

Tese de mestrado. Biologia (Bioinformática e Biologia Computacional). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012The model organisms Caenorhabditis elegans and E. coli form one of the simplest gut microbe host interaction models. Interventions in the microbe that increase the host longevity including inhibition of folate synthesis have been reported previously. To find novel single gene knockouts with an effect on lifespan, a screen of the Keio collection of E. coli was undertaken, and some of the genes found are directly involved in metabolism. The next step in those specific cases is to understand how these mutations perturb metabolism systematically, so that hypotheses can be generated. For that, I employed dynamic Flux Balance Analysis (dFBA), a constraint-based modeling technique capable of simulating the dynamics of metabolism in a batch culture and making predictions about changes in intracellular flux distribution. Since the specificities of the C. elegans lifespan experiments demand us to culture microbes in conditions differing from most of the published literature on E. coli physiology, novel data must be acquired to characterize and make dFBA simulations as realistic as possible. To do this exchange fluxes were measured using quantitative H NMR Time-Resolved Metabolic Footprinting. Furthermore, I also investigate the combination of TReF and dFBA as a tool in microbial metabolism studies. These approaches were tested by comparing wild type E. coli with one of the knockout strains found, ΔmetL, a knockout of the metL gene which encodes a byfunctional enzyme involved in aspartate and threonine metabolism. I found that the strain exhibits a slower growth rate than the wild type. Model simulation results revealed that reduced homoserine and methionine synthesis, as well as impaired sulfur and folate metabolism are the main effects of this knockout and the reasons for the growth deficiency. These results indicate that there are common mechanisms of the lifespan extension between ΔmetL and inhibition of folate biosynthesis and that the flux balance analysis/metabolic footprinting approach can help us understand the nature of these mechanisms.Os organismos modelo Caenorhabditis elegans e E. coli formam um dos modelos mais simples de interacções entre micróbio do tracto digestivo e hospedeiro. Intervenções no micróbio capazes de aumentar a longevidade do hospedeiro, incluindo inibição de síntese de folatos, foram reportadas previamente. Para encontrar novas delecções génicas do micróbio capazes de aumentar a longevidade do hospedeiro, a colecção Keio de deleções génicas de E. coli foi rastreada. Alguns dos genes encontrados participam em processos metabólicos, e nesses casos, o próximpo passo é perceber como as deleções perturbam o metabolismo sistémicamente, para gerar hipóteses. Para isso, utilizo dynamic Flux Balance Analysis (dFBA), uma técnica de modelação metabólica capaz de fazer previsões sobre alterações na distribuição intracelular de fluxos. As especificidades das experiências de tempo de vida em C.elegans obrigam-nos a trabalhar em condições diferentes das usadas na maioria da literatura publicada em fisiologia de E. coli, e para dar o máximo realismo às simulações de dFBA novos dados foram adquiridos, utilizando H NMR Time-Resolved Metabolic Footprinting para medir fluxos de troca de metabolitos entre microorganismo e meio de cultura. A combinação de TReF e dFBA como ferramenta de estudo do metabolism microbiano é também investigada. Estas abordagens foram testadas ao comparar E. coli wild-type com uma das estirpes encontradas no rastreio, ΔmetL, knockout do gene metL, que codifica um enzima bifunctional participante no metabolismo de aspartato e treonina, e que exibe uma taxa de crescimento reduzida comparativamente ao wild-type. Os resultados das simulações revelaram que os principais efeitos da deleção deste gene, e as razões para a menor taxa de crescimento observada, são a produção reduzida de homoserina e metionina e os efeitos que provoca no metabolismo de folatos e enxofre. Estes resultados indicam que há mecanismos comuns na extensão da longevidade causada por esta deleção e inibição de síntese de folatos, e que a combinação metabolic footprinting/flux balance analysis pode ajudar-nos a compreender a natureza desses mecanismos

An analog model for global macro investing

This study proposes a systematic model that is able to fit the Global Macro Investing universe. The Analog Model tests the possibility of capturing the likelihood of an optimal investment allocation based on similarity across different periods in history. Instead of observing Macroeconomic data, the model uses financial markets’ variables to classify unknown short-term regimes. This methodology is particularly relevant considering that asset classes and investment strategies react differently to specific macro environment shifts.UNL - NSB

Predictive Modelling Using Machine Learning on Dealerships Profit Margin Concerning the Increase in Electric Vehicles Repairs

Dissertation presented as the partial requirement for obtaining a Master's degree in Information Management, specialization in Knowledge Management and Business IntelligenceThe modern electric vehicle came to revolutionize the way we travel but also the way dealerships that perform car maintenance services operate. The repair services they offer make up a big slice of their generated profit, with approximately 47% of revenue from repairs being profit on average, but that is in a world where non-hybrid combustion vehicles are the majority of cars on the road, a reality we are gradually leaving behind. This study seeks to help dealerships increase their bottom line by creating a predictive model that determines the dealerships gross profit margin, concerning maintenance services, with real repair data from a BMW authorized dealership in Lisbon. All attributes that affect this gross profit margin were explored taking into special consideration the electric vehicles and the reasons and details of their visit. To achieve this objective, the Sample, Explore, Modify, Model, Assess methodology was used with Python. The models used were Linear Regression, Decision Tree Regressor, Random Forest Regressor, Gradient Boosting Regressor and MLP Regressor. Using the Random Forest Regressor with no Feature Selection and on the Robust Scaler the model scored in R2 0.85. Electric vehicles did not have the expected impact on the model performance, being quite irrelevant in the predicting the target variable

Results of geoelectrical surveys in the area of Crater 70, Deception Island, Maritime Antarctica

Deception Island is horse-shoe shaped stratovolcano with 15 km diameter and a large caldera that opens towards the southeast, forming a bay about 7 km wide. The maximum altitude is at Mount Pond (539 m a.s.l.). About 57% of the island area is covered by glaciers. In geological terms Deception Island is composed of volcano-sedimentary deposits, including pyroclastic flows and deposits, strombolian scoriae and lava, volcanic and hypo-volcanic indurated ashes, and phreatomagmatic deposits. Recent eruptions took place in the interior of the island in 1967, 1969, and 1970. Permafrost is widespread in the island but its characteristics are still poorly studied. In this study we present geoelectrical data collected in the Crater 70 area of Deception Island which was formed during the eruptions of 1970. The study area is located in the southern slope of a volcanic cone and the objective of the geoelectrical survey was to determine if there were any permafrost aggradation after the eruptive event and to assess the thickness of the frozen body. Two electrical resistivity tomography (ERT) profiles and a vertical electrical sounding (VES) were done (Fig. 1). Geoelectrical methods are particularly well adapted to study the spatial distribution of permafrost because of its high electrical resistivities in comparison with the electrical resistivities of soil and rocks with water and above 0 oC

Carsharing systems demand estimation and defined operations: a literature review

Efforts have been made in the last few decades to provide new urban transport alternatives. One of these is carsharing, which involves a fleet of vehicles scattered around a city for the use of a group of members. At first, part of the research effort was put into setting up real life experiments with vehicle fleets and observing the performance of major private operators. In the meantime, with the growth of this alternative and the need to better plan its deployment, researchers started to create more advanced methods to study carsharing systems’ planning issues. In this paper, we review those methods, identifying gaps and suggesting how to bridge them in the future. Based on that review we concluded that carsharing demand is difficult to model due to the fact that the availability of vehicles is intrinsically dependent on the number of trips and vice versa. Moreover, despite the existence of carsharing simulation models that offer very detailed mobility representations, no model is able to characterise accurately the supply side, thus hindering the cost-benefit assessment that is fundamental to justify investment in this transport alternative, in particular those that are being endorsed by the European Union. More complex, however, is the operation of the emerging one-way carsharing systems, where a vehicle may be dropped off at any station, which adds uncertainty as to the location where vehicles can be picked up. Several optimisation approaches have been proposed to mitigate this problem but they are always limited in scope and leave other aspects out for model simplification purposes. Some simulation models have also been developed to study the performance of this type of carsharing system, but they have not included ways of balancing the vehicle stocks

Dynamic Consumption and Portfolio Choice with Ambiguity about Stochastic Volatility

We introduce ambiguity about the variance of the risky asset's return in the model of Chacko and Viceira (2005) for dynamic consumption and portfolio choice with stochastic variance. We find that, with investors being able to update their portfolio continuously (as a function of the instantaneous variance), ambiguity has no impact. To shed some light on the case in which continuous portfolio updating is not possible, we also evaluate the effect of ambiguity when investors must use their expectation of future variance for their portfolio decision. In the latter scenario, demand for the risky asset can be decomposed into three components: myopic and intertemporal hedging demands (as in Chacko and Viceira (2005)) and ambiguity demand. Using long-run US data, Chacko and Viceira (2005) found that intertemporal hedging demand is empirically small, suggesting a low impact of stochastic variance on portfolio choice. Using the same calibration, we find that ambiguity demand may be very high, much more than intertemporal hedging demand. Therefore, stochastic variance can be very relevant for portfolio choice, not because of the variance risk, but because of investors' ambiguity about variance.Asset Allocation, Stochastic Volatility, Ambiguity

How political uncertainty associates with the earnings management

Mestrado em FinançasEsta tese tem como propósito explorar a relação entre a Incerteza Política e a Gestão de Resultados. Esta dissertação baseou-se no contexto das empresas cotadas numa contexto de Europa a 15, no período compreendido entre 2011 e 2018, com uma amostra de 3.085 empresas. A Gestão de Resultados é medida através dos Accruals discricionários tendo estes sido estimados através do modelo de Jones (1991) que foi, posteriormente, modificado por Dechow et al. (1995) e por Kothari et al. (2005). A Incerteza Política utiliza três medidas principais sendo estas a existência de eleições num dado ano, a diferença percentual entre o primeiro e segundo partidos mais votados bem como se esta eleição se traduziu numa alteração do espectro político do partido no governo. Os resultados obtidos evidenciam uma ligação entre um clima de Incerteza Política e o uso de práticas de Gestão de Resultados visto que, tendencialmente, as empresas utilizam mais Accruals quando estes cenários se verificam. As Pequenas e Médias Empresas demonstram uma maior utilização das práticas supramencionadas em comparação com o que se verifica em empresas maiores.This research intends to examine the relation between Political Uncertainty and Earnings Management. This research explored the context of 15 European Union listed firms, on the period between 2011 and 2018, with a sample of 3.085 firms. The Earnings Management is measured by the discretionary accruals that were estimated by using the Jones model (1991) that was modified by Dechow et al. (1995) and Kothari et al. (2005). The Political Uncertainty has three main measures, the existence of a legislative election in a specific year, the gap between first and second most voted parties of such election and whether or not such election caused a change of the ruling party political wing. The results display evidence of a connection between a Political Uncertainty environment and the use of Earnings Management practices as firms tend to use more Accruals to tackle these scenarios. Small and Medium-Sized Enterprises demonstrate a larger usage of the aforementioned practices when in comparison to larger firms.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Functional role of the Oc2M cortical area in the processing of multimodal sensory inputs in rats

Tese de mestrado, Neurociências, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2020Quase todos os organismos dotados de um sistema nervoso são confrontados, diariamente, com uma grande variedade de estímulos sensoriais. A forma como os animais (humanos e não-humanos) interagem com o mundo externo, está dependente da capacidade de integração das várias informações sensoriais em seu redor. Esta integração permite formar uma percepção coesa do ambiente envolta, como também possibilita a extração de informação relevante para tomar decisões comportamentais adequadas. Por outro lado, os sistemas sensoriais não processam informação isoladamente, e o conteúdo multissensorial presente nas nossas memórias episódicas sugere que, de alguma forma, o processamento de estímulos sensoriais está intrinsecamente relacionado com a formação e armazenamento de memórias. O registo electrofisiológico in vivo da atividade neuronal em cérebros de modelos animais oferece a possibilidade de correlacionar a atividade cerebral detectada em específicas regiões do cérebro, com determinados outputs comportamentais. Este tipo experiências levaram à descoberta de células presentes no hipocampo, chamadas de ‘place cells’ (O’Keefe & Dostrovsky, 1971), que se acredita serem responsáveis pela formação de um mapa cognitivo que orienta a navegação no espaço (Keefe, 1976). Estas células podem representar não só a localização atual do animal, assim como localizações anteriores e futuras (Ferbinteanu & Shapiro, 2003; Frank, Brown, & Wilson, 2000). Mais tarde, a descoberta de neurónios com outras propriedades espaciais, tais como as ‘células- grelha’ (grid-cells, Hafting et al., 2005) células ‘head-direction’ (Sargolini et al., 2006) ou as células ‘border’ (Solstad, 2008), contribuíram para um maior entendimento acerca de como o cérebro codifica e organiza informação sensorial à sua volta, na forma de um mapa cognitivo espacial. Contudo, as regiões e os mecanismos subjacentes que levam à formação destes mapas cognitivos, com base na integração de estímulos sensoriais primários, ainda não são conhecidos. Este projeto explora a região anatómica no cérebro do rato, designada como Oc2M, como um possível local de convergência na integração de informação multimodal, crucial para a formação de memórias num contexto sensorial. Estudos anteriores mostraram que a região Oc2M, tradicionalmente considerada como uma região visual secundária, está de facto envolvida no processamento de estímulos visuais e auditivos, assim como na sua localização espacial. Para além disso, estudos recentes do nosso laboratório, revelaram que neurónios em Oc2M recebem projeções de todos os córtices sensoriais primários, alguns córtices sensoriais secundários, alguns núcleos do tálamo, e do hipocampo. Com base na utilização de ferramentas de optogenética para a estimulação in vitro dos inputs sinápticos em Oc2M, verificou-se que os córtices primários visual e auditivo estabelecem sinapses funcionais com a região Oc2M (Quintino & Remondes, 2017 não-publicado). Evidências preliminares do nosso laboratório de registos extracelulares in vivo da região Oc2M, mostraram que esta região responde a estímulos de som e luz, com uma distinta organização temporal (Cardoso & Remondes, 2017, não-publicado). Neste projeto começámos por desenvolver uma tarefa comportamental com o objectivo de captar – in vivo - a dependência funcional entre Oc2M e Hipocampo. Nestas tarefa os animais são colocados num labirinto, e são treinados para associar um determinado estímulo (componente sensorial) com uma específica trajetória (componente de memória). Os resultados comportamentais mostraram que dois, dos seis animais treinados, conseguiram aprender a tarefa. Estes mostraram uma progressão de aprendizagem linear ao longo do tempo, e conseguiram manter de forma consistente uma taxa de acerto acima de ‘chance level’ (probabilidade de acerto atribuída ao acaso) para cada uma das modalidades sensoriais. Estes animais foram depois sujeitos a um período de interrupção de 33 dias, para serem novamente treinados na tarefa, desta vez com a duração da pista sensorial reduzida para metade (500 milissegundos em vez de 1 segundo). Os ratos conseguiram não só reaprender a tarefa com um nível de dificuldade mais acentuado, assim como ambos precisaram de menos sessões para atingir as performances esperadas. Os registos eletrofisiológicos foram obtidos através de um dispositivo chamado ‘hyperdrive’. A ‘hyperdrive’ é uma estrutura com 30 tétrodos movíveis, construída no laboratório, e implantada no cérebro do rato através de uma cirurgia estereotáxica, com os vários tétrodos colocados nas regiões de interesse (neste caso, Oc2M e Hipocampo). Cada tétrodo é composto por quatro canais que registam de forma independente a atividade neuronal da região cerebral onde se encontram inseridos. Desta forma, para além de registarmos os valores correspondentes à voltagem extracelular de determinado local (sinal chamado de ‘local field potential’, LFP), conseguimos também identificar e isolar a atividade proveniente de diversos neurónios representativos do local de interesse, e correlacionar essa atividade com variáveis comportamentais. No presente trabalho apresentamos dados de eletrofisiologia in vivo de 2 ratos implantados, com registo da atividade em Oc2M e Hipocampo, em resposta a estímulos sensoriais num protocolo passivo de estimulação chamado de ‘Stimbox’. Neste paradigma experimental, os animais são colocados numa caixa (50 x 30 x 60 cm) onde são sujeitos a 3 condições diferentes de estimulação sensorial: som, luz, e som + luz em simultâneo. Análises realizadas ao LFP revelaram que, após a apresentação do estímulo, apenas as condições de luz e som + luz provocaram uma resposta evidente em ambas as áreas, Oc2M e Hipocampo. O facto de estas duas condições não terem apresentado respostas estatisticamente significativas entre si, sugere que apenas a estimulação visual foi responsável pelos transientes observados na atividade do LFP. Contudo, a identificação de subpopulações de neurónios em Oc2M, e a posterior análise aos potenciais de ação gerados com base na sua frequência de disparos, revelou a existência de células em Oc2M que respondem de forma distinta aos mesmos estímulos sensoriais. Ademais, as respostas observadas por neurónios em Oc2M em resposta à luz e à luz + som em simultâneo, mostraram-se significativamente diferentes, sugerindo assim um efeito modulatório do som na atividade de Oc2M, quando apresentado em combinação com um estímulo visual. Estes resultados suportam a hipótese de Oc2M como uma área de associação multissensorial, possível homólogo do córtex parietal posterior nos seres humanos. Embora não tenha sido possível realizar, planeamos como futuras experiências o registo simultâneo da atividade neuronal em Oc2M e Hipocampo com ratos a desempenhar a SCTAT. Tal irá ajudar-nos a perceber as computações subjacentes à integração de inputs sensoriais por parte do Oc2M, e como é que essa informação é transferida e utilizada pelo hipocampo numa tarefa de tomada- de-decisão perceptual. Outro objectivo futuro será a supressão seletiva da atividade celular em Oc2M durante sessões da SCTAT, recorrendo a técnicas da engenharia genética tais como chemogenetics (Armbruster et al., 2007) ou optogenética (Boyden et al., 2005). Estas experiências permitir-nos-ia testar, de forma causal, a hipótese de Oc2M como um local de convergência no processamento de informação sensorial relevante.The hippocampal system has long been associated with episodic memory. The discovery of place cells (O’Keefe & Dostrovsky, 1971) and entorhinal grid cells (Hafting et al., 2005) led to a major insight on how the brain encodes and organizes sensory information in the form of a spatial contextual map. However, little is known concerning the mechanisms underlying the integration of primary sensory stimuli in such a way as to convert it into the hippocampal spatial maps. Previous studies and preliminary data from our lab suggest that the cortical region of the rat’s brain Oc2M might play a critical role in the integration of multimodal sensory information in the service of spatial navigation. We established a behavioral task aimed to test the functional inter- dependency between Oc2M and Hippocampus. In the sensory-cue trajectory association task (SCTAT), rats are required to associate a particular sensory stimulus, sound or light, with a specific trajectory on a modified T-maze. Our results showed that 2 out of 6 animals were able to learn the SCTAT, having reached performance levels of above 80% for both sensory modalities. Additionally, after an interruption period of 33 days, we observed that these two rats were not only able to relearn the task with a shortened stimulus duration (500 milliseconds), but they also needed fewer sessions to achieve performances above chance level. An ‘hyperdrive’ array of 30 independently movable tetrodes was built and chronically implanted in the rat’s brain, targeted to Oc2M and Hippocampus. Each tetrode comprises four independent channels that record intra-cerebrally the extracellular electrical potential, which allow us to identify single neurons’ activity and correlate it with behavior. In the current work, we present in-vivo electrophysiological data from two implanted rats, regarding Oc2M and Hippocampus activity, in response to sensory cues in a passive-stimulation protocol called ‘Stimbox’. This protocol is composed by 3 sensory conditions: light stimulation, sound stimulation, and light and sound combined stimulation. Analyses of the local field potential (LFP) activity showed that, after stimulus onset, only light and sound + light conditions elicited a clear response in both Oc2M and Hippocampus. The fact the light and sound + light conditions were not significantly different, suggests that only light itself was responsible for the observed changes in LFP activity. However, we found neuronal ensembles in Oc2M that exhibited significantly different responses, in terms of firing rate, to the same sensory cues. Importantly, Oc2M neurons’ responses to light and sound + light cues were found to be different, thus suggesting a modulatory effect of the sound stimulus once paired with a light cue. Such supports the hypothesis of Oc2M as a multimodal association area, comparable to the human posterior parietal cortex. As future experiments, neuronal recordings of Oc2M and Hippocampus while rats perform the SCTAT would shed light on how Oc2M integrates sensory inputs, and how it conveys information to hippocampus in a perceptual decision- making task. Furthermore, the use of genetic tools to selectively suppress Oc2M’s cellular activity during the SCTAT, such as chemogenetic (Ambruster et al., 2007) or optogenetic (Boyden et al., 2005), would further lead to causally test our long-term hypothesis of Oc2M as a site of convergence to process sensory- relevant information

Potential of peer-to-peer bike sharing for relieving bike parking capacity shortage at train stations: an explorative analysis for the Netherlands

In the Netherlands, many (mainly larger) train stations suffer from capacity shortages for bicycle parking as the result of a large increase in the use of the bicycle as a feeder mode. Sharing of parked bicycles with arriving train passengers who are in need of a bicycle for some time would decrease the number of parked bicycles and reduce the capacity shortage. The paper explores to which extent sharing of these bicycles relieves the capacity problem by investigating the maximum potential for reducing the peak of parked bicycles. This is the potential of the case when all considered participants (bicycle owners and those who are in need for a bicycle) are willing to share. The analyses are based on data of the Dutch National Travel Survey. The main result is that the potential is likely to be modest. The estimated maximum is for the large stations between 13% and 50%, the actual potential is likely to be significantly lower. The large range for the maximum can partly be explained by the uncertainty about the number of arriving train passengers that might shift to the bicycle for the last mile if sharing increases bicycle availability. A second result is that sharing can have a significant effect on the distribution of parked bicycles over the day. The current peak halfway the day can turn into a dip between two peaks in the traditional morning and evening peak hours

Complexos de rénio com ligandos solúveis em água: aplicação em catálise

O objectivo deste trabalho consistiu na síntese de novos complexos de rénio com ligandos solúveis em água. Para tal, utilizaram-se os materiais de partida [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PPh3)2] e Re2O7 e os compostos solúveis em água ( e relacionáveis) 1, 3, 5-triazo-fosfaadamantano (PTA), iodeto de 1-metil-1, 3, 5 -triazo-7-fosfaadamantano ([Me-PTA]I), hexametilenotetraamina (HMT), hidrotris(1-pirazolil)metano (Tpm), hidrotris(3, 5-dimetil-1-pirazolil)metano (TpmMe) e tris(1-pirazolil)metanossulfonato de lítio (LiTpms). Como resulrado, conseguiu-se sintetizar o complexo de rénio [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PTA)3] contendo moléculas de PTA coordenadas de modos diferentes, ou seja, coordenam-se duas moléculas pelo átomo de azoto e uma pelo átomo de fósforo. Este aparente ser o primeiro complexo de rénio a apresentar este tipo de coordenação. Para além deste complexo, conseguiram-se sintetizar também vários complexos derivados de Re2O7, incorporando os ligandos acima mencionados, em diferentes combinações. Todos os complexos foram caracterizados por Espectroscopias de Radiação Infravermelha e de Ressonância Magnética Nuclear, por Análise Elementar, Voltametria Cíclica e Electrólise a Potencial Controlado. Estudou-se a actividade catalítica de todos os complexos sintetizados na oxidação peroxidativa do ciclo-hexano a ciclo-hexanol e ciclo-hexanona, em condições suaves. Os resultados obtidos são promissores, na medida em que os complexos aparentam ser bastante selectivos relativamente à obtenção de ciclo-hexanona