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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.87.2009.tde-22022010-163030
Document
Author
Full name
Wenderson Alexandre de Sousa Silva
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Deppman, Airton (President)
Jorge, Soraia Attie Calil
Matioli, Sergio Russo
Title in Portuguese
Aspectos de física estatística na evolução e no crescimento molecular.
Keywords in Portuguese
Biotecnologia
Evolução molecular
Física estatística
Genomas (Crescimento e desenvolvimento)
Geometria e modelagem computacional
Mecânica estatística
Sistemas complexos
Teoria de informação
Abstract in Portuguese
A evolução molecular, impulsionada pela Teoria Sintética da Evolução, tornou um assunto indispensável na compreensão da evolução da vida. O crescimento genômico, etapa responsável pelo maior potencial de armazenamento de informação e estabilidade, também foi submetido à indelével ação da seleção natural. Utilizando a metodologia dos ciclos de amplificação-mutação-seleção, tal como o SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment), que mimetizam a seleção natural, e ferramentas da Teoria de Informação, foram desenvolvidos e implementados programas para simular a evolução, considerando, além de outros, um parâmetro pouco explorado na literatura: a variação do tamanho do genoma. Foram estudados dois cenários distintos; no primeiro a seleção era dependente da busca exata de uma sequência pré-determinada (o filtro). Além disso, a entropia de Shannon considerada era referente ao alinhamento da molécula toda. Avaliando configurações simples desse modelo, foi possível desenvolver uma equação analítica que descreveu bem os resultados (para tamanho de genoma constante). No segundo cenário, foram exploradas a seleção não específica de uma sequência, o número máximo de bases constante, a entropia apenas das regiões de interesse e a presença de até cinco filtros de seleção. A entropia da molécula toda se mostrou pouco significativa (primeiro cenário), diferentemente da avaliada em apenas uma região. Foi possível observar que o crescimento do genoma foi pouco acentuado, predominando as moléculas menores, mesmo com grande quantidade de filtros, o que indica que o sistema está sob "seleção por compressão", sendo, pois, necessário atribuir explicitamente vantagens às moléculas mais complexas para poder haver aumento no crescimento médio.
Title in English
Aspects of statistical physics on evolution and in molecular growth.
Keywords in English
Biotechnology
Complex systems
Genomes (Growth and development)
Geometry and computational modeling
Information theory
Molecular evolution
Statistical mechanics
Statistical physics
Abstract in English
Molecular Evolution, stimulated and supported by Evolution Synthetic Theory, became essential to understand evolution of life. Genomic growth was responsible to increase the capacity of storage information and to stability of the molecule; besides, it was also submitted to natural selection. Using amplification-mutation-selection methodology, such as SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment), and tools of Information Theory, it was developed computer program to simulate macromolecule evolution taking into account, besides other, a less study parameter in specialized journal: the genome size variation. It was studied two different scenarios. In the first one, selection was dependent of a specific sequence to be searched; moreover, Shannon entropy took into account all nucleotides of all molecules and it was studied with until two sequence target. It was possible develop an analytical equation to well describe simple settings of this model. In the second scenario, in another hand, selection depends on a specific sequence, but is not required to match the whole sequence. Also, to compute Shannon entropy it was taking into account only the least Hamming distance sequence of each molecule. It was studied until five sequence target in this scenario. Entropy was not significant in first scenario as it was in the second one. Size genome evolution shows the system were under compression selection, being necessary to get other advantage to become possible an increase in genome size.
 
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Publishing Date
2010-02-23
 
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