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

Resource savings in delay tolerant networks

Tese de mestrado, Engenharia Informática (Engenharia de Software) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018Este documento foca-se no trabalho que foi feito na dissertação de mestrado no Departamento de Informática da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa ao longo de um ano. O objectivo inicial foi criar um protótipo de middleware em ambiente de simulador que servisse o propósito de facilitar disseminação de dados num ambiente urbano de cidade inteligente. Apesar de apontámos para uma solução mais genérica possível, por de trás deste objectivo e servindo de motivação existe um cenário de caso de uso no qual nos focámos. Este cenário descreve uma cidade na qual a recolha do lixo tem que ser otimizada e em cada caixote existe um sensor que produz leituras do nível atual de enchimento. O desafio coloca-se em disseminar a informação produzida por estes sensores de uma forma eficaz e sem grandes gastos de recursos. Como tal, recorremos ao facto de já existir uma infraestrutura subjacente para resolver o problema. Através da utilização de carros de polícia, bombeiros, táxis ou por exemplo camiões do lixo, fazemos com que estes ajudem na recolha das leituras feitas pelos sensores. O facto de esta recolha de leituras ser feita localmente por veículos que circulam na cidade, permite que as baterias dos sensors sofram uma descarga menor do que se tivessem que enviar diretamente a informação para o destino final mas utilizando recursos mais dispendiosos. Para melhorar esta ideia e de forma a que o resultado final fosse o mais completo possível, começámos então por fazer um estudo do estado da arte. Ao ler e considerar trabalho feito nas áreas de espaços de tuplos, redes tolerantes a atraso, cidades inteligentes, simuladores de redes, redes de sensores e difusão epidémica foi possível melhorar consideravelmente o produto final desta dissertação. Este estudo de outros trabalhos é sem dúvida um passo muito importante no decorrer desta dissertação, pois através de observação, quer de lacunas, quer de pontos fortes existentes noutras soluções, permitiu considerar e pensar de forma competente a solução a desenvolver. Partindo então deste estudo foi definido um modelo de sistema que permitiu perceber de forma eficaz alguns requisitos e condições que tinham de ser cumpridos. Dado este trabalho inicial foi então definido a especificação para o middleware. Foi determinada uma semântica para o espaço de tuplos que suporta a persistência de dados para cada um dos nós da rede. Após isto, foi implementado uma versão de espaços de tuplos em C/C++ que cumprisse esta mesma semântica. Em comunhão foi elaborado um protocolo que permitisse que estes espaços de tuplos fossem sincronizados entre os vários nós existentes na rede. Este protocolo foi concebido utilizando conceitos de flooding e difusão epidémica. Para além disso foi criado um canal prioritário para que se podesse proceder ao envio de leituras cujo o cariz fosse mais importante. De forma a manter um certo nível de eficiência no middleware, foi também criado um mecanismo de remoção de tuplos duplicados na rede. Este mecanismo recorreu ao uso de épocas definidas em tempo de configuração. Foi também delineado uma forma parcimoniosa de serialização dos tuplos trocados na rede com o objetivo de melhorar a eficiência deste middleware. Por fim, criámos uma forma de atualização de código para os sensores que também utiliza a infraestrutura de cidade para se disseminar para cada sensor. Toda esta implementação foi feita especificamente para o Network Simulator 3, sendo desenvolvida em C/C++. O simulador de redes em questão tornou-se extremamente útil pois permitiu testar numa fase embrionária um cenário que dado a escala seria difícil de avaliar numa situção real. Pelos inúmeros módulos já existentes de raiz, foi possível implementar características como comunicação 3G/4G ou simulação de bateria em cada sensor. De forma a oferecer uma grande flexibilidade para que este middleware possa ser aplicado em diferentes cenários com diferentes características, criámos uma configuração parametrizável de valores que fazem com que o middleware se adapte. Esta flexibilidade é muito importante para o seu funcionamento dado que, muitos ambientes urbanos têm características diferentes, como por exemplo densidade populacional, o que por sua vez, afeta o número de veículos presentes na infraestrutura. Após a implementação do protótipo de middleware passámos então à fase de avaliação. Para esta fase de avaliação começámos em primeiro lugar, por procurar dois padrões de mobilidade de veículos em ambientes urbanos. Estes padrões servem para ser aplicados no simulador de rede de forma a criar um movimento realista e relevante para as nossas simulações. Os cenários escolhidos foram: um conjunto de posições de GPS de múltiplos táxis na cidade de Roma e também o registo de posições de GPS para uma rede de transportes de autocarro na zona urbana de Seattle. Apesar de haver algumas diferenças relevantes entre estes dois padrões, como por exemplo a dimensão total do cenário, esta mesma discrepância entre eles serve para avaliar o middleware em diferentes ambientes. Escolhidos então estes padrões foi desenhado um plano para os testes. De forma a criar alguma relevância estatística foi feita uma bateria de simulações sobre o middleware, sendo no total efectuadas 480 simulações. Com os resultados destas simulações, dos quais foram extraídos valores como taxa de entrega e latência de entrega, foram utilizadas algumas métricas relevantes para fazer uma avaliação. Usando gráficos gerados, foi possível efetuar uma discussão da eficiência do middleware podendo avaliar certas situações nas quais determinadas características se sobressaíram. No entanto ficou claro que é ainda necessário fazer uma avaliação muito mais extensa de todo o trabalho dado a complexidade inerente aos múltiplos parâmetros que existem no middleware, que sendo dispostos em diferentes configurações podem apresentar resultados muito díspares. Por fim, foram tiradas algumas conclusões do que foi feito e das limitações que atualmente apresenta. Nesta conclusão foi revisto se os objectivos que inicialmente se propôs foram de alguma forma cumpridos. Foi também discutido algum trabalho que pode vir a ser feito no futuro. Este trabalho futuro apresenta algumas funcionalidades que melhoram a eficiência e usabilidade do middleware. Um exemplo é o enriquecimento da semântico do espaço de tuplos utilizado que permitirá ao utilizador efectuar mais facilmente pesquisas de tuplos com um esforço mais reduzido.This document focuses on the work done on the master thesis at the Informatics Department in the Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. With this work we aim at offering a reliable middleware that is capable of supporting data dissemination in a network composed of different types of hardware. Mainly these different components are sensors and mobile devices. We hope to offer a solution that is deployable in scenarios that have an high degree of heterogeneity without compromising the quality of service and functionalities of the applications used with the middleware. With these type of proposal we expect to cover many cases of ubiquitous computing such as the ones we find in smart cities scenarios. Although our solution is aiming to be as generic as possible we take a practical case into account in order to provide a working example of our work. We take advantage of the infrastructure now available in some cities such as a mobile ad hoc network composed of public service vehicles. Doing so we will use our work in a garbage collection project where sensors read data from garbage cans in order to inform a set of base stations of their garbage levels. With this we allow the optimization of garbage collection in the future. Also by testing our middleware in this scenario we intend to gather more information that may allow for future improvements in the middleware. So far we were able to implement a working prototype simulation designed for the Network Simulator 3. In this simulation we used some mobility patterns and tested the middleware in order to achieve results on its delivery rate and other metrics. By perusing previous work done in studied areas of research such as tuple spaces and wireless sensor networks, we were able improve our concept. As a goal we look forward to create a piece of software that contributes to the community, making ease the process of going about our routines, work and the way we live in a more automated and pleasant smart city

Torre solar: estudo do rendimento e viabilidade de centrais térmicas solares para produção de energia eléctrica de pequena e média dimensão

O aproveitamento da radiação solar representa um recurso energético extremamente benéfico, quer no âmbito energético, quer no ambiental, contribuindo para a redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Portugal apresenta uma radiação solar total média anual bastante elevada, colocando-se entre um dos países que apresentam melhores potencialidades para o aproveitamento da energia solar. A torre solar consiste numa estufa com uma determinada extensão com uma chaminé no seu centro e o seu funcionamento baseia-se no aquecimento do ar que circula por baixo da estufa, sendo expelido pela chaminé. Nesta tese é abordado o tema da torre solar e os princípios físicos inerentes ao seu funcionamento. Foi estudado e descrito o método de cálculo de diversos parâmetros e resultados associados ao funcionamento da torre solar. Elaborou-se uma folha de cálculo para obtenção dos valores de simulações de torres com diversas dimensões, tecendo-se conclusões quanto aos resultados e às variações dos mesmos, consoante as alterações de dimensão dos elementos que a constituem. Foram descritos os vários elementos que constituem uma torre solar, bem como as suas características e tipologias. Efectuou-se um estudo com aplicação a um caso real, para se tecer algumas conclusões e comentários relativamente à viabilidade de uma torre solar para a situação em causa. Por fim, com base em todo o trabalho desenvolvido e abordado, foi possível tecer-se algumas conclusões quanto à viabilidade das torres solares.The use of solar radiation energy resource represents an extremely benefit, both in the energy sector, both in the environment, contributing to reducing emissions of harmful gases into the atmosphere. Portugal has an average annual total solar radiation quite high, placing it among one of the countries with the best potential for solar energy use. The solar tower consists on a solar greenhouse with a certain length with a chimney at its center and its operation is based on heating the air flowing underneath thegreenhouse, being expelled through the chimney. This study addresses the topic of solar tower and physical principles inherent in its operation. It has been studied and described the calculation method and results of various parameters associated with the operation of the solar tower. It has been developed a calc sheet to obtain the values of simulations with different dimensions of towers, weaving to conclusions about the results and variations thereof,depending on the variations in the size of its constituent elements. It has been described the various elements that make up a solar tower, as well as their characteristics and types. Conducted a study with application to a real case, to make some conclusions andcomments on the feasibility of a solar tower to the situation. Finally, based on all the work and approach, it was possible to draw some conclusionsabout the viability of solar towers

Psicologia e Coaching

Resumo A crescente divulgação e procura dos serviços de coaching torna este tema apetecível para estudantes e profissionais, das áreas da psicologia e gestão, entre outras. Contudo, a informação nem sempre é clara e pode levar-nos a ter dificuldade em distingui-lo de outras práticas ou ainda considerar que é uma resposta infalível para todas as situações. Procuraremos clarificar principais contextos de aplicação do coaching na actualidade, salientando o coaching executivo. Abordaremos também os principais aspectos em comum entre a prática psicológica e o coaching e, em particular, os contributos do conhecimento da psicologia e do movimento da psicologia do coaching para a compreensão, melhoria destes processos e sua distinção com outras práticas. Por fim, apresentamos áreas de investigação sobre o tema, na qual se inserem também os contributos da comunidade científica portuguesa

Online vs offline: Who will win the battle for your retail euro?

The age of digitalization has revolutionized consumers' lives by favoring online shopping in the ongoing online versus in-store shopping debate. As to how it pertains to the fashion industry, it is relevant to consider that consumers tend to find information both online and offline. This research attempts to shed some light on the differences between the different forms of shopping. In order to obtain the necessary evidence, a survey and several interviews were conducted showing that women tend to buy clothes online more than men do. The most significant reason people continue to buy in-store is the ability to try the items prior to purchasing. On the other hand, the convenience of making the purchases from the comfort of their home is an attractive element to choosing the online channel.A era da digitalização revolucionou a vida dos consumidores, favorecendo as compras online no debate contínuo entre compras online e compras em lojas físicas. No que se refere ao seu enquadramento na indústria da moda, é relevante considerar que os consumidores tendem a encontrar informações tanto online quanto offline. Esta pesquisa tenta lançar algumas ideias sobre as diferenças entre as diferentes formas de compra. Para obter as evidências necessárias, foi realizada uma pesquisa e várias entrevistas, que evidenciaram que as mulheres tendem a comprar roupas online mais do que os homens. O maior motivo para as pessoas continuarem a comprar em loja física é a possibilidade de experimentar os itens antes de comprar. Por outro lado, a comodidade de fazer as compras no conforto da sua casa é um elemento atrativo para a escolha do canal online

MPEG-SCORM : ontologia de metadados interoperáveis para integração de padrões multimídia e e-learning

Orientador: Yuzo IanoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A convergência entre as mídias digitais propõe uma integração entre as TIC, focadas no domínio do multimídia (sob a responsabilidade do Moving Picture Experts Group, constituindo o subcomitê ISO / IEC JTC1 SC29), e as TICE, (TIC para a Educação, geridas pelo ISO / IEC JTC1 SC36), destacando-se os padrões MPEG, empregados na forma de conteúdo e metadados para o multimídia, e as TICE, aplicadas à Educação a Distância, ou e-Learning (o aprendizado eletrônico). Neste sentido, coloca-se a problemática de desenvolver uma correspondência interoperável de bases normativas, atingindo assim uma proposta inovadora na convergência entre as mídias digitais e as aplicações para e-Learning, essencialmente multimídia. Para este fim, propõe-se criar e aplicar uma ontologia de metadados interoperáveis para web, TV digital e extensões para dispositivos móveis, baseada na integração entre os padrões de metadados MPEG-21 e SCORM, empregando a linguagem XPathAbstract: The convergence of digital media offers an integration of the ICT, focused on telecommunications and multimedia domain (under responsibility of the Moving Picture Experts Group, ISO/IEC JTC1 SC29), with the ICTE (the ICT for Education, managed by the ISO/IEC JTC1 SC36), highlighting the MPEG formats, featured as content and as description metadata potentially applied to the Multimedia or Digital TV and as a technology applied to e-Learning. Regarding this, it is presented the problem of developing an interoperable matching for normative bases, achieving an innovative proposal in the convergence between digital Telecommunications and applications for e-Learning, both essentially multimedia. To achieve this purpose, it is proposed to creating a ontology for interoperability between educational applications in Digital TV environments and vice-versa, simultaneously facilitating the creation of learning metadata based objects for Digital TV programs as well as providing multimedia video content as learning objects for Distance Education. This ontology is designed as interoperable metadata for the Web, Digital TV and e-Learning, built on the integration between MPEG-21 and SCORM metadata standards, employing the XPath languageDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutor em Engenharia ElétricaCAPE

Equações elípticas com termos gradientes não lineares e equações de difusão fracionárias

Orientadores: Lucas Catão de Freitas Ferreira, Marcelo da Silva Montenegro, José Antonio Carrillo de la PlataTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação CientíficaResumo: Analisaremos dois problemas neste trabalho. Na primeira parte, estudaremos a existência de soluções para uma equação elíptica semilinear no espaço euclidiano todo e com dependência do gradiente e onde nenhuma restrição é imposta sobre o comportamento da não linearidade no infinito. Provaremos que existe uma solução que é localmente única e que herda muitas das propriedades de simetria da não linearidade. A positividade da solução e seu comportamento assintótico também são analisados. Os resultados obtidos também podem ser estendidos para outros casos como o de domínios exteriores ou o semiespaço e também para alguns operadores fracionários. Na segunda parte, analisaremos o comportamento assintótico das soluções da versão fracionária unidimensional da equações de meios porosos introduzida por Caffarelli e Vázquez e onde a pressão é obtida como a inversa do laplaciano fracionário da densidade. Devido à convexidade do núcleo do potencial de Riesz em dimensão um, mostraremos que a entropia associada à equação é displacement convex e satisfaz uma desigualdade funcional envolvendo a dissipação da entropia e a distância de transporte euclidiana. Um argumento por aproximação mostra que essa desigualdade funcional é suficiente para deduzir que a entropia das soluções converge exponencialmente para a entropia do estado estacionário. Também provaremos uma nova desigualdade de interpolação que permitirá obter a convergência exponencial das soluções em espaços LpAbstract: We analyse two problems in this work. In the first part we study the existence of solutions to a semilinear elliptic equation in the whole space and with dependence on the gradient and where no restriction is imposed on the behavior of the nonlinearity at infinity. We prove that there exists a solution which is locally unique and inherits many of the symmetry properties of the nonlinearity. Positivity and asymptotic behavior of the solution are also addressed. Our results can be extended to other domains like half-space and exterior domains and also to some fractional operators. For the second part, we analyse the asymptotic behavior of solutions to the one dimensional fractional version of the porous medium equation introduced by Caffarelli and Vázquez and where the pressure is obtained as the inverse of the fractional Laplacian of the density. Due to the convexity of the kernel of the Riesz potential in one dimension, we show that the entropy associated with the equation is displacement convex and satisfies a functional inequality involving also entropy dissipation and the Euclidean transport distance. An argument by approximation shows that this functional inequality is enough to deduce the exponential convergence, in the entropy level, of solutions to the unique steady state. A new interpolation inequality is also proved in order to obtain the exponential decay also in Lp spacesDoutoradoMatematicaDoutor em Matemátic

Development of the production module of an IoT cloud platform for precision livestock farming

Project Work report presented as partial requirement for obtaining the Master’s degree in Information Management, with a specialization in Knowledge Management and Business IntelligenceThe agricultural livestock production sub-sector is characterized by its many geographically dispersed production points. Records are usually collected in handwritten forms that are then transposed to separate Excel sheets by technical assistants. These documents are used to evaluate "one-shot" results at the end of the animal production batches and are filed together with the other documents in the batch. Most of the collected data is usually not organized in a way that allows easy historical analysis and qualitative assessment of economic and technical results. Farmcontrol, the provider of an IoT solution for livestock farm monitoring wanted to somehow respond to current difficulties and add meaningful context to the enormous stream of sensor data that are generated. Its goal was to present relevant real-time insights to livestock producers while helping organize everyday farm tasks and benchmark results. To tackle this challenge Farmcontrol developed a new module for its cloud software that promoted the current work project