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Item Modelagem por redes (grafos) e técnicas de reconhecimento de padrões: estrutura, dinâmica e aplicações(2017-05-16) Cesar Junior, Roberto MarcondesDentre os desafios enfrentados atualmente pela pesquisa em reconhecimento de padrões, cabe ressaltar três linhas fundamentais: (a) problemas em que elementos devem ser descritos estruturalmente através de uma rede indicando conexões entre tais elementos; (b) problemas envolvendo a evolução da informação ao longo de alguma variável independente (e.g. tempo, no caso de seqüências de vídeo); (c) problemas envolvendo ambos aspectos, i.e. uma rede de elementos cuja dinâmica evolui ao longo de alguma variável independente. O presente projeto temático, unindo os grupos de visão do IME-USP e IFSC-USP, além de pesquisadores colaboradores de outras instituições, prevê o estudo, desenvolvimento e aplicação de técnicas de reconhecimento de padrões com esses três itens formando o tema de integração da pesquisa. Além da área de reconhecimento de padrões, o projeto inclui técnicas e problemas de visão computacional, processamento de imagens e de sinais e bioinformática, todas sendo áreas de trabalho dos pesquisadores proponentes. As atividades de pesquisa tratarão de aspectos de reconhecimento de padrões e de redes em ambas direções: (1) utilização de técnicas de reconhecimento de padrões para auxiliar na análise de redes em aplicações específicas; (2) desenvolvimento de técnicas de reconhecimento de padrões baseadas em redes. Esta linha de pesquisa incluirá a utilização de grafos em reconhecimento estrutural de padrões e raciocínio espacial. Os métodos em tais abordagens são marcados pelo fato que a tarefa de reconhecimento não envolve apenas os objetos em uma imagem, mas igualmente as relações entre tais objetos. Parte da importância da utilização dessas relações advém do fato que tais relações são frequentemente mais estáveis nas cenas que muitas propriedades dos objetos em si. Em particular, pretende-se explorar técnicas que descrevem a estrutura dos elementos em imagens através de grafos. Nesse caso, a rede é formada por elementos de uma imagem cujos arcos representam relações entre tais elementos. A segunda linha de ação do projeto trata de reconhecimento de padrões aplicado a problemas envolvendo dinâmica, ou seja, padrões que evoluem ao longo de alguma variável independente. Uma das áreas que serão cobertas no projeto é a análise de vídeo digital, em que a informação visual evolui em função do tempo. Finalmente, problemas envolvendo redes e dinâmica são considerados os mais difíceis, ou seja, problemas modelados por uma rede de elementos de interesse cujo comportamento evolui com o tempo. Um exemplo importante ocorre em bioinformática com as chamadas redes de genes. Nesse caso, os genes são modelados em uma rede em que as ligações representam a capacidade de um gene influenciar (ou ser influenciado) no comportamento de um outro gene. A dinâmica de tal rede nasce da evolução do comportamento dos genes na medida que o tempo (ou alguma outra variável) progride. As técnicas desenvolvidas serão aplicadas na resolução de problemas nas duas principais áreas de atuação dos pesquisadores principais: visão computacional e biologia computacional (bioinformática). Em relação à visão computacional, as seguintes aplicações serão abordadas: (1) Processamento de imagens por w-operadores; (2) Análise de vídeo digital para rastreamento, segmentação e reconhecimento; (3) Classificação de formas e reconhecimento estrutural de padrões; (4) Análise de estruturas de ramificação formando redes. Em relação à biologia computacional, as seguintes aplicações serão abordadas: (1) Identificação de redes de dependência gênica; (2) Aplicação de técnicas de processamento multi-escala de sinais e de reconhecimento de padrões em problemas de classificação em bioinformática.Item Sistema de gerenciamento e análise de dados por bioinformática(2014-11-28) Sanches, Pablo RodrigoOs projetos para estudo de genomas ou genes expressos partem de uma etapa de seqüenciamento no qual são gerados em laboratório dados brutos, ou seja, seqüências de DNA sem significado biológico. Estas seqüências de DNA possuem códigos responsáveis pela produção de RNAs e proteínas. O grande desafio dos pesquisadores consiste em analisar essas seqüências e obter informações biologicamente relevantes. Durante esta análise diversos programas de computador, além de um grande volume de dados armazenados em fontes de dados biológicas, são utilizados. Assim sendo, o presente trabalho prop6s a elaboração de um sistema computacional que permite a análise de dados sobre biologia molecular e facilite a instanciação do software dependendo do ambiente de trabalho e tipo de projeto de análise. Para este sistema foi dado o nome de Sistema de Gerenciamento de Análise de Dados por Bioinformática - SGADBio. O trabalho apresenta o desenvolvimento do sistema baseado em metodologias de Engenharia de Software, além dos módulos e funções disponíveis. Seqüências oriundas de um projeto de ESTs do fungo dermatófito Trichophyton rubrum, geradas em um laboratório de biologia molecular, foram submetidas ao sistema para análise. Os resultados são expressivos, demonstrando que o sistema é adequado e capaz de adaptar se a projetos envolvendo seqüenciamentoItem Influência de dois elementos de transposição na arquitetura do genoma de Schistosoma mansoni(2014-06-30) Jacinto, Daniele SantiniElementos transponíveis são elementos genéticos capazes de transpor para diferentes locais em um genoma hospedeiro. Na sua descoberta, considerou-se que tais elementos não apresentavam funções celulares úteis, classificando-os como genes parasitas. Atualmente, além do carácter deletério, reconhece-se que eles contribuam para a evolução dos genomas e, em alguns casos, podem realizar algumas funções celulares. Utilizando recursos de bioinformática, realizamos estudos para verificar a influência de duas famílias de retrotransposons non-LTR (Perere-3 e SR2) no genoma do Schistosoma mansoni. Estudos preliminares indicam que após a divergência entre S. japonicum e S. mansoni, esses elementos tiveram uma grande expansão em seu número de cópias em S. mansoni, sem paralelo em S. japonicum. Análises das regiões intrônicas que contêm inserções de qualquer uma destas duas famílias de retrotransposon em S. mansoni, mostrou que houve aproximadamente 30% de aumento no tamanho dos íntrons e aumento do conteúdo GC, quando comparado com os íntrons ortólogos de S. japonicum. As inserções foram diferencialmente representadas ao longo das estruturas dos genes com a acumulação preferencial nos íntrons localizados nas regiões terminais dos genes. As inserções dos dois elementos de transposição tendem a orientar-se na direção oposta da transcrição dos genes. As inserções de trechos do elemento SR2 enriquecidos em motivos CpG foram observados com maior frequência do que o esperado, sugerindo que estas inserções podem contribuir nas funções de genes. Nas regiões intergênicas, foi possível prever sítios para ligação de fatores de transcrição ao longo das sequências de ambos os retrotransposons. Também foi observado que elementos SR2 tendem a se fixar em regiões que flanqueiam genes codificando proteínas transmembranares, as quais podem estar envolvidas na relação hospedeiro-parasita. Usando dados de transcrição de S. mansoni disponíveis publicamente, foram detectados 94 casos possíveis de exonização de inserções dos retrotransposons, produzindo mudanças do produto proteico. Estes resultados sugerem que os elementos Perere-3 e SR2 podem promover mudanças funcionais e estruturais relevantes nos genes de S. mansoni e pode ter contribuído significativamente para a diferenciação entre S. mansoni e S. japonicum.Item Estudo da forma, função e expressão gênica em neurociência(2012-08-20) Miazaki, MauroDurante o desenvolvimento de um neurônio, genes são ativados e desativados, a anatomia se forma e as funcionalidades emergem. Estes três componentes influenciam continuamente uns aos outros. O estudo da forma, função e expressão gênica nos neurônios e no cérebro permanece um tema desafiador e com potencial a ser explorado. Neste contexto, uma importante questão ainda a ser respondida é como quantificar o inter-relacionamento entre forma, função e genes. Para isso, foram realizadas atividades envolvendo caracterização e comparação da forma neuronal, o estudo de processos dinâmicos ocorrendo em redes de estruturas ramificadas, e a comparação entre expressões gênicas. Os dados da base pública NeuroMorpho, que possui quase 6.000 neurônios segmentados, foram caracterizados utilizando-se métodos estatísticos e foram analisados pelo conceito de morfoespaço proposto por McGhee. Outra base pública explorada foi o Mouse Allen Brain Atlas, com imagens de expressão gênica de cérebros de camundongo. Foi proposta a utilização de um método baseado em diagramas de Voronoi para a comparação da distribuição espacial de densidades de expressão gênica entre genes, com o propósito de encontrar correlações entre distribuições. Também foram gerados dados sobre raízes de feijão para o estudo da influência de sua estrutura ramificada na dinâmica de propagação de doenças, seguindo o modelo SIR (Suscetível-Infectado-Recuperado). Integrando os desenvolvimentos anteriores, foi proposto um arcabouço para mensurar a influência da expressão gênica ao longo da escala biológica. Este arcabouço permite mensurar a influência da expressão gênica (escala molecular) na morfologia dos neurônios (escala celular), avançando à escala topológica formada pelas conexões sinápticas, e alcançando o nível funcional das dinâmicas sobre essa rede. Nesse contexto, deve-se ressaltar que a influência da expressão gênica é direta sobre a morfologia e indireta sobre a topologia e a dinâmica. As informações obtidas a partir do arcabouço são relevantes na investigação de como a expressão gênica influencia todo o processo, desde o neurônio individual até o funcionamento cerebral. O arcabouço proposto fornece uma metodologia sistemática, com um conjunto de ferramentas para essas análises.Item USP implantará polo de bionergia em São Carlos(Jornal Primeira Página, A7, 2015-03-27) Jornal Primeira PáginaCom o desafio de desenvolver tecnologias de bioenergia de baixo impacto, a USP em São Carlos implantará o o Polo Temático em Energias Renováveis e Meio Ambiente da USP, o polo TErRA. Esse centro integrará as quatro unidades do campus: EESC, IFSC, IQSC e ICMC e terá pesquisas voltadas a áreas de energias renováveis, biotecnologias, tecnologias ambientais, química verde e bioinformática. Para a matéria em questão uma das fontes consultadas foi um dos coordenadores do projeto e docente do IFSC, Prof. Dr. Igor Polikarpov.