Development of mathematical tools for modeling biological systems based on metabolic luxes and parameter estimation of Ill-conditioned problems. (2020)
- Authors:
- Autor USP: NAKAMA, CAROLINE SATYE MARTINS - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PQI
- Subjects: ENGENHARIA QUÍMICA; METABOLISMO
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Modelagem matemática é um dos pilares da engenharia metabólica, guiando modificações genéticas através do estudo de fluxos metabólicos. Modelos estequiométricos são uma ferramenta importante para analisar redes metabólicas, especialmente para organismos não modelo ou durante a fase de análise inicial, pois são modelos lineares que requerem essencialmente a matriz estequiométrica e informações sobre a reversibilidade das reações como dados de entrada. Eles podem ser usados para explorar diferentes hipóteses e cenários, além de elucidar algumas propriedades do metabolismo. Com isso, algumas técnicas de modelagem estequiométrica foram implementadas em um software único e independente e usadas para estudar o metabolismo central da bactéria Burkholderia sacchari para produção de poli-hidroxialcanoato. O estudo mostrou que a modelagem estequiométrica é uma ferramenta valiosa para explorar como o metabolismo funciona e orientar o planejamento de experimentos futuros. No entanto, o metabolismo celular é, na realidade, função de dinâmicas não lineares e, portanto, modelos não lineares são mais adequados para representar uma abrangente variedade de estados fisiológicos, resultando em melhores previsões. Modelos mecanísticos são uma classe de modelos não lineares; porém, no contexto da engenharia metabólica, todos os modelos propostos para estimar os parâmetros cinéticos envolvidos são propensos a problemas de identificabilidade. Considerando esse obstáculo, um estudo sobre métodos de regularização para problemas de estimativa de parâmetros mal condicionados foi realizado. Os métodos de regularização baseados na decomposição em autovalores e autovetores da matriz Hessiana (reduzida) se mostraram ótimos para estimativa linear de parâmetros levando em consideração a redução da variância e podem auxiliar alidar com problemas não lineares com vizinhança quase plana ao redor da solução. Além disso, a regularização baseada em autovetores em ambos os casos pôde ser usada para reconhecer grupos de parâmetros correlacionados, o que auxilia na compreensão dos inerentes problemas de identificação.
- Imprenta:
- Data da defesa: 29.07.2020
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ABNT
NAKAMA, Caroline Satye Martins. Development of mathematical tools for modeling biological systems based on metabolic luxes and parameter estimation of Ill-conditioned problems. 2020. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2020. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-13042021-112113/. Acesso em: 03 out. 2024. -
APA
Nakama, C. S. M. (2020). Development of mathematical tools for modeling biological systems based on metabolic luxes and parameter estimation of Ill-conditioned problems. (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-13042021-112113/ -
NLM
Nakama CSM. Development of mathematical tools for modeling biological systems based on metabolic luxes and parameter estimation of Ill-conditioned problems. [Internet]. 2020 ;[citado 2024 out. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-13042021-112113/ -
Vancouver
Nakama CSM. Development of mathematical tools for modeling biological systems based on metabolic luxes and parameter estimation of Ill-conditioned problems. [Internet]. 2020 ;[citado 2024 out. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-13042021-112113/ - Modelagem estocástica da dispersão axial: aplicação em um reator tubular de polimerização
- Optimal constraint-based regularization for parameter estimation problems
- Optimal regularization strategies for large-scale parameter estimation problems
- Stochastic axial dispersion model for tubular equipment
- Modelagem estocástica da fluidodinâmica de um reator tubular de polimerização
- Análise crítica de metodologias baseadas em fluxômica para estimação de contribuições dos modos de fluxos elementares
- Proposal of a computational platform for modeling biological systems based on metabolic networks
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