Sacramento model calibration using different methodologies : application to the Itabapoana-MG river basin

Despite the considerable progresses in computational hydraulics the calibration of hydrological models still requires a meticulous and laborious effort. However, the development of model calibration supporting tools has facilitated that work and improved the obtained results. The objective of this paper, developed under a R&D project, is to evaluate the performance achieved by using different calibration techniques for the rainfall-runoff Sacramento model of the Itabapoana-MG river basin. Bom Jesus do Itabapoana, a flood prone city, is located about 35 km downstream of Rosal hydropower plant. The limited capacity of Rosal reservoir implies that it cannot be used to mitigate flooding at downstream cities. However, flood forecasting can be used to avoid potential downstream damages and support decision making to defend and mitigate the undesirable effects. There should be a balance between the models performance and their computational times. It is important consider sufficiently precise results for sound decision-making outcomes, as well as results fast enough to be used in an operational decision support system environment. SOBEK software was chosen for prediction of flood events and Sacramento hydrological model was selected as rainfall- runoff model. SOBEK does not offer a module for automatic calibration of their hydrological models. Thus, for the quantification of Sacramento parameters, it is possible to make use of external algorithms for automatic calibration based on global optimization techniques. This paper assesses the eficiency of using results of automatic calibration using the Rainfall Runoff Library (RRL) within SOBEK hydrological module. In general, the results for RRL were better than the ones reached by SOBEK. Despite differences, the use of RRL as a tool to accelerate the parameters determination process for the Sacramento model has obtained satisfactory results

Calibração de modelo hidrológico usando informação "a priori" utilizando técnica de otimização estocástica

Orientador: Prof. Dr. Cristovão V. S. FernandesCoorientador: Prof. Dr. Eloy KaviskiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 26/04/2023Inclui referênciasResumo: Os processos que ocorrem em uma bacia hidrográfica são não-lineares e interdependentes. Adicionalmente, cabe destacar que ocorrem em escalas de tempo que podem variar, entre si de minutos a dias. Outro aspecto importante relacionado a complexidade de representação do sistema é o fato de todos os processos de geração, separação e transporte de fluxos são fortemente marcados pela heterogeneidade presente na topografia, na cobertura vegetal, nos diferentes tipos e usos de solo, na ação antrópica sobre as etapas do ciclo hidrológico, no clima local e até mesmo global, no caso de bacias continentais. Nesse contexto, os avanços computacionais e nas tecnologias de gerenciamento de uma grande quantidade de dados espacialmente distribuídos tem impulsionado os avanços na ciência hidrológica, em especial no que concerne a modelagem matemática dos processos hidrológicos. Especial atenção deve ser direcionada a etapa de calibração dos modelos hidrológicos, pois é a que garante a aplicabilidade desses modelos com sucesso. A partir deste cenário, o presente trabalho propõe uma nova abordagem para o processo de calibração automático de um modelo hidrológico. Esta nova abordagem parte de uma alternativa a melhor utilização das informações hidrológicas disponíveis. Desta forma, foi realizada a calibração automática do Modelo de Grandes Bacias (MBG) a partir do método do recozimento simulado (MRS). Para a definição do problema de otimização, uma análise de sensibilidade dos parâmetros hidrológicos do modelo conduziu a um critério de importância amostral que foi utilizado como uma informação associada ao processo de calibração. Os resultados obtidos demonstraram que o MRS se mostrou bastante eficiente e flexível quando da associação do critério de importância amostral, informação "a priori", neste caso. Os resultados também sugerem que há um grande potencial para a simplificação da calibração automática de um modelo hidrológico, tornando esta etapa mais assertiva sem que se distancie tanto da realidade física, uma vez que o processo de obtenção dos parâmetros ocorre matematicamenteAbstract: Hydrological processes are interdependent and non-linear. They occur on time scales ranging from minutes to days. Additionally, the heterogeneity of watersheds is a challenge for representing hydrological processes. This heterogeneity is in the topography, the vegetation cover, the different soil types and uses, the human action on the stages of the hydrological cycle, and the climate on local and global scales. Advances in the mathematical modeling of hydrological processes are the results of computational advances and spatially distributed data management technologies. The calibration stage of a hydrological model is what guarantees success in its application. Based on this scenario, the present work proposes a new approach to the process of automatic occurrence of a hydrological model. This new approach is an alternative for better use of available hydrological information. In this work, the Large Basin Model (MBG) automatic calibration was carried out using the simulated annealing method (MRS). A sensitivity analysis of the MGB hydrological parameters supported the optimization problem definition and a sampling importance criterion definition. The sampling importance was considered a priori information and associated with the simulated annealing method for calibrating the hydrological model. The results also suggest that there is great potential for simplifying the automatic calibration of a hydrological model. This essential step can be more assertive without distancing itself from physical reality since the calibration occurs mathematicall

Altered gene expression and DNA damage in peripheral blood cells from Friedreich's ataxia patients: Cellular model of pathology

The neurodegenerative disease Friedreich's ataxia (FRDA) is the most common autosomal-recessively inherited ataxia and is caused by a GAA triplet repeat expansion in the first intron of the frataxin gene. In this disease, transcription of frataxin, a mitochondrial protein involved in iron homeostasis, is impaired, resulting in a significant reduction in mRNA and protein levels. Global gene expression analysis was performed in peripheral blood samples from FRDA patients as compared to controls, which suggested altered expression patterns pertaining to genotoxic stress. We then confirmed the presence of genotoxic DNA damage by using a gene-specific quantitative PCR assay and discovered an increase in both mitochondrial and nuclear DNA damage in the blood of these patients (p<0.0001, respectively). Additionally, frataxin mRNA levels correlated with age of onset of disease and displayed unique sets of gene alterations involved in immune response, oxidative phosphorylation, and protein synthesis. Many of the key pathways observed by transcription profiling were downregulated, and we believe these data suggest that patients with prolonged frataxin deficiency undergo a systemic survival response to chronic genotoxic stress and consequent DNA damage detectable in blood. In conclusion, our results yield insight into the nature and progression of FRDA, as well as possible therapeutic approaches. Furthermore, the identification of potential biomarkers, including the DNA damage found in peripheral blood, may have predictive value in future clinical trials

ANÁLISE DA CALIBRAÇÃO DE MODELOS HIDROLÓGICOS A PARTIR DE FERRAMENTAS DE GEOPROCESSAMENTO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS COM COMPLEXA DINÂMICA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO

A calibração de modelos hidrológicos e hidrodinâmicos é um processo essencial para se dispor dos resultados de suas aplicações. A qualidade e disponibilidade de dados para essa etapa é, bem como à de implementação, responsável direta pelo sucesso na aplicação prática dos modelos à previsão e gestão de recursos hídricos. Técnicas de sensoriamento remoto aplicadas ao monitoramento de variáveis do ciclo hidrológico podem ser uma fonte de dados interessantes para melhorar o processo de calibração dos modelos, no sentido de poder diminuir as fontes de incerteza na determinação de alguns parâmetros. Entretanto, estes dados nem sempre estão disponíveis em resoluções temporais e espaciais de forma a serem aplicados a qualquer escala de bacia. Neste sentido, busca-se determinar para cada escala de bacia quais tipos de informações obtidas do sensoriamento remoto existentes passíveis de serem utilizadas, consistindo na primeira etapa das próximas ao desenvolvimento do trabalho. Dispondo disso, num ambiente SIG ferramentas de geoprocessamento permitem tornar disponíveis os dados do monitoramento hidrológico por sensores remotos e associá-los àqueles obtidos do monitoramento sistemático convencional. Assim, um banco de dados completo para alimentar as demandas dos modelos pode ser construído. Portanto, os objetivos deste trabalho se concentram em melhorar a calibração de modelos hidrológicos e hidrodinâmicos a partir da melhor representação da variabilidade espacial das variáveis hidrológicas de entrada nos modelos, com a definição a priori de intervalos mais consistentes para a calibração de cada parâmetro. Para tal, o Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH) será aplicado e alimentado por um banco de dados que reúna todas as informações disponíveis para a bacia hidrográfica. Por fim, espera-se conseguir explorar melhor essas informações para garantir que o modelo represente bem os processos hidrológicos que ocorrem no sistema físico e, para isso, utilizar-se de uma interface SIG para auxiliar na calibração dos parâmetros envolvidos no processo

Deferiprone targets aconitase: Implication for Friedreich's ataxia treatment

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Friedreich ataxia is a neurological disease originating from an iron-sulfur cluster enzyme deficiency due to impaired iron handling in the mitochondrion, aconitase being particularly affected. As a mean to counteract disease progression, it has been suggested to chelate free mitochondrial iron. Recent years have witnessed a renewed interest in this strategy because of availability of deferiprone, a chelator preferentially targeting mitochondrial iron.</p> <p>Method</p> <p>Control and Friedreich's ataxia patient cultured skin fibroblasts, frataxin-depleted neuroblastoma-derived cells (SK-N-AS) were studied for their response to iron chelation, with a particular attention paid to iron-sensitive aconitase activity.</p> <p>Results</p> <p>We found that a direct consequence of chelating mitochondrial free iron in various cell systems is a concentration and time dependent loss of aconitase activity. Impairing aconitase activity was shown to precede decreased cell proliferation.</p> <p>Conclusion</p> <p>We conclude that, if chelating excessive mitochondrial iron may be beneficial at some stage of the disease, great attention should be paid to not fully deplete mitochondrial iron store in order to avoid undesirable consequences.</p

GNE Is Involved in the Early Development of Skeletal and Cardiac Muscle

UDP-N-acetylglucosamine 2 epimerase/N-acetylmannosamime kinase (GNE) is a bifunctional enzyme which catalyzes the two key sequential steps in the biosynthetic pathway of sialic acid, the most abundant terminal monosaccharide on glycoconjugates of eukaryotic cells. GNE knock out (GNE KO) mice are embryonically lethal at day E8.5. Although the role of GNE in the sialic pathway has been well established as well as the importance of sialylation in many diverse biological pathways, less is known about the involvement of GNE in muscle development. To address this issue we have studied the role of GNE during in vitro embryogenesis by comparing the developmental profile in culture of embryonic stem cells (ES) from wild type and from GNE KO E3.5 mice embryos, during 45 days. Neuronal cells appeared rarely in GNE KO ES cultures and did not reach an advanced differentiated stage. Although primary cardiac cells appeared at the same time in both normal and GNE KO ES cultures, GNE KO cardiac cells degraded very soon and their beating capacity decayed rapidly. Furthermore very rare skeletal muscle committed cells were detected in the GNE KO ES cultures at any stage of differentiation, as assessed by analysis of the expression of either Pax7, MyoD and MyHC markers. Beyond the supporting evidence that GNE plays an important role in neuronal cell and brain development, these results show that GNE is strongly involved in cardiac tissue and skeletal muscle early survival and organization. These findings could open new avenues in the understanding of muscle function mechanisms in health and in disease

ESPERMATOGÊNESE

Espermatogênese é o processo pelo qual ocorre a formação dos espermatozoides, os gametas masculinos. Esse processo ocorre no interior das glândulas sexuais, no sexo masculino, são os testículos, dentro dos túbulos seminíferos, a partir de células germinativas percursoras – as espermatogônias que dividem-se por mitose e formam novas espermatogônias, fase conhecida como multiplicação, que aderem as paredes dos túbulos seminíferos, onde amadurecem e por mitose se transformam em espermatócitos, fase reconhecida como crescimento, sofrendo uma sequencia de meioses originando espermátides, fase chamada maturação, que sem sofrer divisões transforma-se em espermatozoides, ocorrendo um processo de diferenciação celular. Ao término do processo os espermatozoides distinguem-se das células anteriores pela presença de uma cauda vibrátil, que ápos a fase de maturação, é utilizada para locomoção em meio líquido. O estudo da espermatogênese busca uma maior compreensão e aprofundamento do processo e suas fases abordando também as fases mitóticas, meióticas e espermiogênese que origina na etapa final os espermatozoides, buscando desenvolver a morfologia das células envolvidas e sua importância fisiológica. O desenvolvimento do trabalho ocorrerá através da leitura de artigos e livros de pesquisadores e autores conhecidos pelo domínio do assunto. Os resultados relevantes serão abordados e apresentados em formato de texto, produzido pelos estudantes, onde será apresentado as considerações finais do estudo proposto

Zim17/Tim15 links mitochondrial iron–sulfur cluster biosynthesis to nuclear genome stability

Genomic instability is related to a wide-range of human diseases. Here, we show that mitochondrial iron–sulfur cluster biosynthesis is important for the maintenance of nuclear genome stability in Saccharomyces cerevisiae. Cells lacking the mitochondrial chaperone Zim17 (Tim15/Hep1), a component of the iron–sulfur biosynthesis machinery, have limited respiration activity, mimic the metabolic response to iron starvation and suffer a dramatic increase in nuclear genome recombination. Increased oxidative damage or deficient DNA repair do not account for the observed genomic hyperrecombination. Impaired cell-cycle progression and genetic interactions of ZIM17 with components of the RFC-like complex involved in mitotic checkpoints indicate that replicative stress causes hyperrecombination in zim17Δ mutants. Furthermore, nuclear accumulation of pre-ribosomal particles in zim17Δ mutants reinforces the importance of iron–sulfur clusters in normal ribosome biosynthesis. We propose that compromised ribosome biosynthesis and cell-cycle progression are interconnected, together contributing to replicative stress and nuclear genome instability in zim17Δ mutants