Initiation and dynamics of a spiral wave around an ionic heterogeneity in a model for human cardiac tissue

In relation to cardiac arrhythmias, heterogeneity of cardiac tissue is one of the most important factors underlying the onset of spiral waves and determining their type. In this paper, we numerically model heterogeneity of realistic size and value and study formation and dynamics of spiral waves around such heterogeneity. We find that the only sustained pattern obtained is a single spiral wave anchored around the heterogeneity. Dynamics of an anchored spiral wave depend on the extent of heterogeneity, and for certain heterogeneity size, we find abrupt regional increase in the period of excitation occurring as a bifurcation. We study factors determining spatial distribution of excitation periods of anchored spiral waves and discuss consequences of such dynamics for cardiac arrhythmias and possibilities for experimental testings of our predictions

Prospects and limitations of full-text index structures in genome analysis

The combination of incessant advances in sequencing technology producing large amounts of data and innovative bioinformatics approaches, designed to cope with this data flood, has led to new interesting results in the life sciences. Given the magnitude of sequence data to be processed, many bioinformatics tools rely on efficient solutions to a variety of complex string problems. These solutions include fast heuristic algorithms and advanced data structures, generally referred to as index structures. Although the importance of index structures is generally known to the bioinformatics community, the design and potency of these data structures, as well as their properties and limitations, are less understood. Moreover, the last decade has seen a boom in the number of variant index structures featuring complex and diverse memory-time trade-offs. This article brings a comprehensive state-of-the-art overview of the most popular index structures and their recently developed variants. Their features, interrelationships, the trade-offs they impose, but also their practical limitations, are explained and compared

Global alternans instability and its effect on non-linear wave propagation : dynamical Wenckebach block and self terminating spiral waves

The main mechanism of formation of reentrant cardiac arrhythmias is via formation of waveblocks at heterogeneities of cardiac tissue. We report that heterogeneity and the area of waveblock can extend itself in space and can result formation of new additional sources, or termination of existing sources of arrhythmias. This effect is based on a new form of instability, which we coin as global alternans instability (GAI). GAI is closely related to the so-called (discordant) alternans instability, however its onset is determined by the global properties of the APD-restitution curve and not by its slope. The APD-restitution curve relates the duration of the cardiac pulse (APD) to the time interval between the pulses, and can easily be measured in an experimental or even clinical setting. We formulate the conditions for the onset of GAI, study its manifestation in various 1D and 2D situations and discuss its importance for the onset of cardiac arrhythmias

Accurate long read mapping using enhanced suffix arrays

With the rise of high throughput sequencing, new programs have been developed for dealing with the alignment of a huge amount of short read data to reference genomes. Recent developments in sequencing technology allow longer reads, but the mappers for short reads are not suited for reads of several hundreds of base pairs. We propose an algorithm for mapping longer reads, which is based on chaining maximal exact matches and uses heuristics and the Needleman-Wunsch algorithm to bridge the gaps. To compute maximal exact matches we use a specialized index structure, called enhanced suffix array. The proposed algorithm is very accurate and can handle large reads with mutations and long insertions and deletions

Knowledge Accumulation of Microbial Data Aiming at a Dynamic Taxonomic Framework

Deze thesis is een poging om precies dit onderzoeksgebied te overbruggen dat ligt tussen ruw gegeven en abstract concept, tussen praktijk en theorie, binnen het kader van de hedendaagse bacteriële taxonomie. Als gevolg hiervan is het een kruisbestuiving geworden tussen microbiologie, wiskunde en computerwetenschappen. De kunst om het landschap van de bacteriële diversiteit uit te tekenen, gebruikt als een metafoor voor het modelleren van de taxonomie, vereist het bepalen van een representatieve waaier aan reproduceerbare en vergelijkbare experimentele kenmerken van een verzameling bacteriën (microbiologie/taxonomie), het ontwerpen en implementeren van objectieve classificatiemethodes voor het groeperen van gegevens op een niet gecoördineerde manier (wiskunde/classificatie) en het consolideren van experimentele gegevens en hun verschillende onderverdelingen via een uniforme en weldoordachte aanpak (computerwetenschappen/kennisbeheer). Men kan zich gemakkelijk een globaal kennissysteem voor de geest halen dat de vellen vol experimentele gegevens die voortspruiten uit de microbiologische onderzoeksverrichtingen op een gestructureerde en geüniformiseerde manier kan absorberen. Een dergelijk kennisbeheersysteem zou een ongelofelijke vooruitgang betekenen voor de mogelijke toepassing van intelligente en goed gefundeerde methodes voor het ontginnen van de gegevens, ingezet als hulpmiddel om het afbakenen van objectieve en universele taxonomische consensusmodellen op een betere manier te stroomlijnen en te automatiseren. Bovendien kunnen dergelijke inferentiesystemen in staat worden geacht om ogenblikkelijk te reageren op een toevloed van nieuwe gegevens en interactief te communiceren met de buitenwereld indien noodzakelijke stukken voor het vervolledigen van de taxonomische puzzel zouden ontbreken. De geldigheid van nieuwe inzichten of hypothesen omtrent het leven en de evolutie van bacteriën zou onmiddellijk kunnen getoetst worden aan deze vergaarbakken vol kennis, mogelijks met een directe aanpassing van bestaande taxonomische modellen tot gevolg. Vooraleer de betrachtingen van een autodidactisch inferentiesysteem voor het uittekenen van het landschap van de bacteriële diversiteit kunnen gerealiseerd worden, moeten belangrijke technische en organisatorische hindernissen overwonnen worden. Dit vraagt het verleggen van de grenzen van een mondiale uitwisseling van gegevens, het nasporen en invullen van de hiaten in de waarnemingen, en het verkennen van de mogelijkheden van nieuwe technieken voor het ontginnen van gegevens, ten voordele van een beter inzicht in het leven en de evolutie van bacteriën. Spijts de nog vele onopgeloste kwesties, kunnen de ideeën die worden aangebracht in deze verhandeling als stimulans en leidraad dienen bij het integreren en exploiteren van microbiële gegevens, in plaats van het blijvend koesteren van een ijdele hoo

Improving interoperability between microbial information and sequence databases

BACKGROUND: Biological resources are essential tools for biomedical research. Their availability is promoted through on-line catalogues. Common Access to Biological Resources and Information (CABRI) is a service for distribution of biological resources and related data collected by 28 European culture collections. Linking this information to bioinformatics databanks can make the collections' holdings more visible after a search in molecular biology databanks and vice-versa. Identification of links to sequence databases can be useful, but annotation and indexing problems, together with compilation errors, immediately arise. In this paper, we present our efforts for the identification of cross-references between CABRI catalogues and the EMBL Data Library and related results. RESULTS: An SRS site with both EMBL and CABRI catalogues has been set up. Ad-hoc changes in indexing scripts allowed to achieve homogeneous index keys and SRS link features have been used to identify links between databases. After manual checking and comparison with an alternative procedure, about 67,500 valid cross-references were identified, added to the EMBL Data Library and are now distributed with it. HTML links can be established from EMBL to CABRI network service. Procedures can be executed whenever needed. CONCLUSION: Links between EMBL and CABRI catalogues constitute an improved access to micro-organisms of certified quality and can produce positive effects on biomedical research. Further links between CABRI catalogues and other bioinformatics databases can now easily be defined by using these cross-references. Linking genetic information onto natural resources information may stand model for the integration of other databases containing empirical data on these materials

A long fragment aligner called ALFALFA

Background: Rapid evolutions in sequencing technology force read mappers into flexible adaptation to longer reads, changing error models, memory barriers and novel applications. Results: ALFALFA achieves a high performance in accurately mapping long single-end and paired-end reads to gigabase-scale reference genomes, while remaining competitive for mapping shorter reads. Its seed-and-extend workflow is underpinned by fast retrieval of super-maximal exact matches from an enhanced sparse suffix array, with flexible parameter tuning to balance performance, memory footprint and accuracy. Conclusions: ALFALFA is open source and available at http://alfalfa.ugent.be