Life Sciences

Relationship between thermoelectric features and dimensionality in monochalcogenide compounds

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Researchers: 
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Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

In recent years, semiconductor materials based con chalcogenides have receive great attention owing to their wide applications in numerous fields. In addition, chalcogenide elements are earth abundant, cheap and non-toxic. One of the main potentials applications for chalcogenide-based semiconductor is the thermoelectricity. Although compounds here studied (concretely SnX and SnX2 with X = S, Se, Te) have been extensively characterized, theoretical studies on the relationships between the electronic structure, dimensionality and thermoelectric features are very scarce. Herein, we propose a comprehensive study on the electronic structure and thermoelectric properties in chalcogenides-based semiconductor materials by using first-principles calculations combined with the Boltzmann transport theory.

Predicting temperature-dependent elastic constants for ultra-high temperature ceramics

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Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

Ultra-high temperature ceramics, UHTCs, are key components of materials used in extreme conditions for aerospace applications. However, the characterisation of these materials at working conditions is extremely expensive and there are few laboratories over the world with the required facilities for that task. Although elastic constant at 0 K are calculated routinely by first principles, temperature-dependent elastic constant calculations are still a difficult challenge because of the lack of well stablished approaches and the high computational cost of these methodologies. In this activity, we strive to calculate the temperature-dependent elastic constants of UHTC materials.

Photo-sensitization of doped ferroelectric oxides using a high-throughput framework.

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Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

Perovskites have revolutionized solar cell research obtaining efficiencies up to 22% in less than 10 years. In contrast to conventional solar cells, the efficiency of this new generation of solar cells is not controlled by the Shockley-Queisser limit. Ferroelectric materials exhibit a spontaneous electric polarization facilitating the excited carrier separation which is known as bulk photovoltaic effect. While ferroelectric oxides perovskites excel separating effectively excited charges, thy are far for being good sunlight harvesters. Different strategies have been proposed to tune their electronic properties, but doping is the most common route to modify their electronic properties. In this activity, we strive to apply high-throughput techniques to tune the electronic structure of ferroelectric oxides by doping.

Discovery of new peptides to rescue the mutated p53 tetramer

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Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

Tetramer formation of p53 (TP53) is essential for its tumor suppressor function. The p53 not only acts as a tumor suppressor protein by inducing cell cycle arrest
and apoptosis. More than 50% of human tumors have TP53 gene mutations, and most of them are missense mutations that reduce tumor suppressor activity of
p53 by destabilizing the TP53 formation. A new therapeutical intervention where an active peptide is able to stabilize TP53 tetramers and re-store functional protective activity of p53 is pursued in this project by combining state-of-the-art experimental and computational approaches.
 

Discovery of p53 tetramer stabilization peptides

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Researchers: 
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

Tetramer formation of p53 (TP53) is essential for its tumor suppressor function. The p53 not only acts as a tumor suppressor protein by inducing cell cycle arrest and apoptosis. More than 50% of human tumors have TP53 gene mutations, and most of them are missense mutations that reduce tumor suppressor activity of p53 by destabilizing the TP53 formation. A new therapeutical intervention where an active peptide is able to stabilize TP53 tetramers and re-store functional protective activity of p53 is pursued in this project by combining state-of-the-art experimental and computational approaches.

Sistema Ciberfísico para la Optimización de una Explotación Agropecuaria

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Researchers: 
  • Juan Francisco Bermejo y José Luis González (CénitS-COMPUTAEX) y Félix R. Rodríguez (Escuela Politécnica de Cáceres, Universidad de Extremadura).
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El desarrollo de la agricultura, comparada con otras áreas, se encuentra retrasado y avanza lentamente. Además, en los próximos años deberá enfrentarse al reto de abastecer a una población mundial en crecimiento al mismo tiempo que se disminuyen las hectáreas cultivables por persona. Esto implica que se debe aumentar considerablemente la productividad.

Para ello, se debe aspirar a una gestión de los cultivos de manera innovadora, profesional y de máxima producción, sobre la base de la observación, la medida y la actuación frente a los datos que se puedan extraer.

Los avances en la ciencia y el desarrollo tecnológico han permitido la implementación de sensores que, junto con la aparición de otras tecnologías como el Big Data y el Internet de las Cosas han hecho posible el avance de las técnicas de agricultura de precisión.

Aunque la incorporación de la agricultura inteligente en las etapas del ciclo de producción (preparación del suelo, siembra, gestión de los cultivos, cosecha y almacenamiento del producto final) presenta numerosas ventajas, sigue en etapa de gestación, con bajos niveles de penetración.

Este Trabajo de Fin de Grado pretende desarrollar un sistema ciberfísico que mediante el uso de sensores, dispositivos y una aplicación informática, permitirá obtener información detallada del cultivo del suelo y de variaciones climáticas más específicas que las técnicas de agricultura tradicional.

High-throughput search of dopants for efficient ferroelectric oxide based solar cells

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  • Jose Javier Plata Ramos. Universidad de Sevilla.
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Photovoltaics, PV, devices performance are based on 3 main features: a) efficient light absorption, b) effective charge separation and c) fast transport and charge extraction. Conventional solar cells are good light harvesters but are limited by the Shockley-Queisser limit because carriers are separated by the internal electric field at the p-n junction. Ferroelectric materials, on the other hand, present a spontaneous electric polarization, providing an alternative way to separate excited carriers. Ferrolectric oxide perovskites also present hindrances that should be overcome. Reducing the bandgap from 2-3 eV to 1.5 eV is the main goal, being doping or substitution of the A and B sites, the most common strategy. In this activity, we strive to use high-throughput techniques to tune the bandgap of ferroelectric oxides by doping.

DFT simulations on the study of the dielectric function of novel nanostructured materials

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Researchers: 
  • Francesca Peiró. Universitat de Barcelona.
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Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

In the present work, the anisotropic electrical conductivity of GaInP CuPtB type ordered layers will be assessed by using in-situ biasing in a Transmission Electron Microscopy (TEM). The electrical conductivity of GaInP thin films with different degree of order (controlled by the amount of Sb flux during the growth) will be measured in the orthogonal [110] and [1-10] directions. The anisotropy will be evaluated as a function of the density of ordered domains and antiphase boundaries and the results will be discussed in the light of DFT simulations.

Análisis de datos genéticos, ambientales y de comportamiento para la predictibilidad de enfermedades oncológicas mediante ultrasecuenciación genética y aplicando paradigmas HPC, Cloud Computing, Big Data y Open Data

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El objetivo principal del proyecto ​es crear un novedoso modelo de prestación de servicios que, a través de tecnologías de cloud computing, y con técnicas Big Data y Open Data, permita a especialistas en oncología aplicar medicina de precisión gracias a la ultrasecuenciación genética y a la supercomputación (HPC - High Performance Computing).

El cáncer abarca realmente un complejo grupo de enfermedades con una gran variedad de causas posibles, las cuales incluyen factores genéticos, factores del estilo de vida, como el tabaquismo (alteraciones epigenéticas crónicas inducidas por el humo del cigarrillo en oncogen), la alimentación, el ejercicio y la depresión, factores sobre ciertos tipos de infecciones como pueden ser las provocadas por el virus del papiloma humano (detrás del 10% de los cánceres de mujeres) y elicobacter Pylori, y factores relacionados con el entorno, como la exposición a ciertas sustancias químicas y radiaciones (por ejemplo, el radón, un gas natural que emana de las rocas, responsable entre el 3% y el 14% de las muertes por cáncer de pulmón, según la OMS).

Así, el análisis genético, se ha convertido en la prioridad y objetivo de diversos estudios e investigaciones para la determinación precoz de la enfermedad, el pronóstico y el tratamiento (siendo clave conocer el perfil molecular para la elección de la terapia más adecuada). Este análisis permite ofrecer un tratamiento más adecuado, al ser personalizado, y aumentar así la supervivencia. De este modo, se ha descubierto que alrededor de un 10-15 % de los cánceres (según el tipo) son causados por mutaciones germinales. La secuenciación permite, por tanto, no sólo el beneficio del propio paciente de la enfermedad, sino, por ejemplo, el del resto de miembros de su familia, mediante la toma de medidas preventivas.

El presente proyecto pretende aprovechar las Tecnologías de la Información y la Comunicación para ofrecer, a los especialistas en oncología, nuevas herramientas para aplicar a sus pacientes medicina de precisión que garantice la seguridad y eficacia en sus tratamientos, potenciando a su vez la utilización de las nuevas tecnologías para el uso clínico y el servicio asistencial. Los paradigmas ​ Cloud computing, ​ Big Data y ​ Open Data, abren un esperanzador futuro, tanto para la medicina precisión, como para nuevos modelos de negocio, los cuales deben ser explorados puesto que ello redundará positivamente en la salud de los ciudadanos. Así, la aplicación de estos paradigmas, permitirá acercar al servicio asistencial clínico de forma masiva terapias mucho más efectivas, al tiempo que se generarán los necesarios repositorios de información que podrían ser utilizados para aplicar técnicas de Big Data que, a través de servicios Cloud, acerquen el potencial que toda la información guardada puede poner a disposición de los oncólogos, pacientes, laboratorios, investigadores y empresas de prestación de servicios que, a través de Open Data, encontrarán en este proyecto una clara aplicación de modelo de economía circular.

Se persigue permitir que empresas expertas en Big Data y Cloud Computing puedan afrontar nuevos modelos de negocio donde la supercomputación, las fuentes de datos abiertas y las ciencias de la salud puedan ofrecer a los ciudadanos la esperada medicina de precisión. De este modo, el proyecto permitirá desarrollar un conjunto de innovaciones, servicios y propuestas que beneficien a los sectores productivo, sanitario e investigador, favoreciendo a todos los ciudadanos.

Este proyecto de investigación se encuentra encuadrado en la línea estratégica de Salud, definida en el VI Plan Regional de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación 2017-2020, aprobado mediante Decreto 91/2017, de 20 junio (DOE n.o 121, de 26 de junio).

The mechanism of the two-step spin-transition of a thiazyl-diradical-based material presenting geometrical frustration.

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Researchers: 

Juan Jose Novoa Vide. Facultat de Química. Universitat de Barcelona.

Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

Recent years have witnessed a growing interest in the research of molecular materials that can be switched between two different states through the application of an external stimulus (e.g. heat, light) because these materials have a great potential for application in sensors, displays and in information technology. The main goal of this Activity is to understand the mechanisms underlying the two-step spin transition of a recently-prepared material made of bis-dithiadiazolyl diradicals and to decipher the origin of the geometrical frustration of one of its phases. Our results will provide useful insights on how to properly harness labile pi-pi interactions in stacks of diradicals in order to develop new diradical-based switchable materials.

CultivData

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Researchers: 

Equipo CénitS-COMPUTAEX.

Description: 

Extremadura es reconocida como una región que aporta productos agrícolas y ganaderos de gran calidad. Además, los últimos años se han caracterizado por el notable esfuerzo que ha realizado la región para no perder la revolución tecnológica y así, las TIC se han incorporado a todos los ámbitos de la sociedad.

Tal vez el sector agropecuario haya sido de los de menor adopción de las nuevas técnicas, por lo que hay un gran recorrido para que la agricultura y la ganadería mejoren sus métodos tradicionales, sin que ello suponga una merma en la calidad que se reconoce internacionalmente a sus productos.

El proyecto CultivData pretende desarrollar e implementar herramientas que permitan mejorar no sólo la eficiencia, sino también la productividad, la sostenibilidad y la calidad del sector agropecuario extremeño.

La propuesta presenta una investigación de carácter transversal de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, y su aplicación en la sociedad, que conlleva la interacción con áreas del conocimiento como la agricultura, la eficiencia en la utilización de los recursos naturales y la optimización de la calidad de los productos derivados de las explotaciones agrícolas.

Objectives: 

El objetivo general del proyecto está centrado en el análisis, diseño y pilotaje de un prototipo de plataforma informática denominada CultivData para el “cultivo” de datos abiertos y públicos, aspirando a la excelencia en el sector agrario extremeño. La plataforma captará datos de muy diversas fuentes y formatos para, una vez obtenidos, aplicar técnicas de Big Data con el fin de crear modelos de datos que permitan obtener conocimiento que pueda resultar de utilidad para los grupos de interés del sector agroalimentario. Este conocimiento permitirá tomar decisiones fundamentales para mejorar la calidad de los productos, ampliar la productividad de las explotaciones y encontrar la eficiencia en la comercialización.

Aunque el objetivo general del proyecto es la industria agropecuaria, CultivData se centrará específicamente en los sectores de la fruta de hueso y del cerdo ibérico, dada la importancia que ambos tienen en el ámbito agropecuario en Extremadura. Las lecciones aprendidas en estos dos sectores concretos podrían ser extrapoladas y aplicadas a otros sectores de la industria agropecuaria, desarrollando nuevos proyectos entroncados con CultivData.

Methodology: 

La metodología para cumplir los objetivos del proyecto aborda una realización cíclica de las tareas planteadas para cada actividad. Ello es consecuencia, por una parte, del carácter plurianual del proyecto, y por otra, de la necesidad de que los entregables reflejen al máximo la visión experta que las entidades del sector agropecuario tienen del problema al que se enfrenta el proyecto.

Con el fin de obtener una herramienta lo más útil posible para los grupos de interés del sector agroalimentario extremeño, se propone un desarrollo ágil de la plataformaCultivData. Se trata de un desarrollo cíclico en el que en cada iteración se incluyen todas las fases de un desarrollo tradicional: planificación, análisis de requisitos, diseño, codificación, pruebas y documentación. Esta metodología apuesta por el desarrollo rápido de versiones del producto o servicio, las cuales se presentan a los usuarios finales, de forma que, a partir del feedback proporcionado por estos, se inicia una nueva iteración del desarrollo.

La ventaja de este tipo de metodologías radica en un producto final mejor orientado al usuario y en una reducción de costes de desarrollo, debido a que los cambios en el software suelen ser menores que en las tradicionales metodologías en cascada. Así, se obtendrá un prototipo en el que las técnicas analíticas de Big Data serán un requerimiento muy importante, dados los grandes volúmenes de datos y variantes de formatos. La velocidad de respuesta y las simulaciones casi en tiempo real requerirán de la potencia de procesamiento HPC (High Performance Computing) que el supercomputador LUSITANIA II puede aportar al proyecto. Además, se configurarán servicios de cómputo bajo demanda a los potenciales usuarios (agentes decisores, agricultores, distribuidores y consumidores) a través de Cloud, los cuales estarán a su disposición en el centro de proceso de datos de CénitS, para ahorrarles costes y ofrecer la alta disponibilidad y seguridad de un CPD diseñado para la computación de altas prestaciones.
 

SCINAP: Sistema Ciberfísico basado en la Inmótica, para su aplicación en agricultura de precisión

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Description: 

SCINAP es un proyecto de investigación industrial basado en la aplicación de Internet of Things (IOT) y del paradigma de Industria 4.0 en el vector tecnológico de Agricultura de precisión, para la generación de modelos que den respuesta a algunas de las principales cuestiones planteadas en la visión actual de la Política Agraria Comunitaria en materia de agricultura.

Así, la realización de este proyecto actúa sobre un amplio escenario que pretende la mejora y optimización de las explotaciones de frutales, mediante la aplicación de la agricultura de precisión, orientada a la aplicación de nuevas tecnologías para el seguimiento y evolución de los cultivos, de cara a la consecución de nuevos modelos eficientes y sostenibles de producción de frutales.

Estudio sobre la HemoDiálisis Progresiva en Pacientes Incidentes (DiPPI)

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Researchers: 
  • Dr. Javier Deira Lorenzo. Servicio de Nefrología del Hospital San Pedro de Alcántara de Cáceres.
  • Dr. Miguel Ángel Suarez Santisteban. Servicio de Nefrología del Hospital Virgen del Puerto de Plasencia.
  • Fundación para la Formación e Investigación de los Profesionales de la Salud de Extremadura (FundeSalud),
  • CénitS.
Description: 

El objetivo principal del proyecto es evaluar la utilidad y seguridad de la hemodiálisis (HD) progresiva como modalidad de inicio del tratamiento renal sustitutivo (TRS). Para ello se compararan los resultados obtenidos en 76 pacientes que iniciarán TRS con una sola sesión por semana (HD progresiva), con otros 76 pacientes que inician TRS con tres veces por semana (HD convencional). Si se corroboran los resultados, se podrá mejorar la prescripción de la dosis de HD en los pacientes incidentes, mientras que estos mantienen su función renal residual (FRR). Ello mejoraría de forma significativa su calidad de vida, al evitarse un número considerable de desplazamientos, junto a un importante ahorro económico. 

Análisis y Consultoría de proyecto OncoGenTIC: Tecnologías Informáticas y de las Comunicaciones al servicio asistencial de especialistas y pacientes de enfermedades oncológicas

Researchers: 
Spanish
Description: 

El programa de Innovación y Talento (PIT), promovido por la Consejería de Educación y Empleo de la Junta de Extremadura, y destinado a la contratación de desempleados menores de 30 años, combina la formación de tecnólogos con las prácticas profesionales en empresas privadas. Así, su objetivo es facilitar la inserción laboral de jóvenes y potenciar las capacidades del talento de la región extremeña en las siguientes áreas estratégicas: agroalimentaria, tecnologías de la información y la comunicación (TIC), turismo, salud, energías limpias, investigación básica, humanidades y ciencias sociales, economía verde, economía circular y bioeconomía.

Los paradigmas Cloud computing, Big Data y Open Data abren un esperanzador horizonte para la medicina de precisión y también para nuevos modelos de negocio, que es necesario explorar, porque ello redundará tanto en la salud de los ciudadanos como en la economía. La incorporación de estos nuevos mecanismos permitiría llevar al servicio asistencial clínico de forma masiva terapias mucho más efectivas a la vez que se generarían los necesarios repositorios de información que podrían ser usados para aplicar técnicas de Big Data que, a través de servicios Cloud, acerquen el potencial que toda la información almacenada puede poner a disposición de los oncólogos, pacientes, laboratorios, investigadores y empresas de prestación de servicios que, a través de Open Data, pueden encontrar en este proyecto una clara aplicación de modelo de economía circular de forma que, la actual carencia de información valiosa deje de ser un inconveniente en poco tiempo si empezamos ya a actuar con proyectos como OncogenTIC.

Así, el objetivo general de OncoGenTIC es analizar la viabilidad de creación de un modelo de prestación de servicios que, a través de Cloud y con mecanismos Big y Open Data, permita a los oncólogos aplicar medicina de precisión gracias a la ultrasecuenciación genética y a la supercomputación.

Objectives: 
  • Generación y captación de datos: Software e historiales clínicos.
  • Procesamiento de datos: Infraestructuras TIC (HPC, Big Data, Cloud, Open Data).
  • Analítica de datos.
  • Evaluación de prestación de servicios y modelo de negocio.

Analysis and Consultancy of the OncoGenTIC project: Information Technologies and Communications on the healthcare service of specialists and patients of oncological diseases

Researchers: 
English
Description: 

The Innovation and Talent Program (PIT), promoted by the Office of Education and Employment of the Junta of Extremadura, and aimed at hiring unemployed people under 30, combines the training of technologists with professional practices in private companies. Thus, its objective is to facilitate the job placement of young people and to enhance the skills of the Extremadura region's talent in the following strategic areas: agro-food, information and communication technologies (ICT), tourism, health, clean energies, basic research, humanities and social sciences, green economy, circular economy and bioeconomy.

The Cloud Computing, Big Data and Open Data paradigms open a hopeful horizon for precision medicine and also for new business models, which need to be explored, because it will result in both the health of citizens and the economy. The incorporation of these new mechanisms would make it possible to bring much more effective therapies to the clinical care service in a massive way, while generating the required repositories of information that could be used to apply Big Data techniques that, through Cloud services, bring the potential that all the information stored can make available to oncologists, patients, laboratories, researchers and service delivery companies that, through Open Data, can find in this project a clear application of circular economy model so that, the current lack of valuable information ceases to be an inconvenience in a short time if we start to work with projects such as OncogenTIC.

Thus, the general objective of OncoGenTIC is to analyze the viability of creating a provision of services model that, through Cloud and Big and Open Data mechanisms, allows oncologists to apply precision medicine thanks to genetic ultrasequencing and supercomputing.

Objectives: 
  • Generation and data capture: Software and clinical records.
  • Data processing: ICT Infrastructures (HPC, Big Data, Cloud, Open Data).
  • Data analytics
  • Evaluation of service provision and business model.

Atomistic Simulations to Investigate Phosphocholine Micelle Self-assembly and Degradation

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Researchers: 
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

A large number of small molecules currently under development as drug candidates are hydrophobic, and as a result many of these drugs may not make it to market because of problems encountered due to poor water solubility. The therapeutic effects of many drugs already on the market could also be enhanced by developing drug delivery vehicles which increase their solubility. This work is a multiscale analysis of the formation and degradation of self-assembling phospholipid micelles for their potential application in the delivery of these hydrophobic drug molecules by encapsulating them within the hydrophobic core of the micelle and then degrading to release the hydrophobic drugs at the target site.

Ab-initio simulation of the electronic and magnetic properties in iridate-based oxide heterostructures

Undefined
Researchers: 
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

Oxide heterostructure (OH) with spin-orbit-coupling like SrIrO3/SrTiO3 have the potential to be designed as topological insulators, either band or Mott types. This roots on the properties exhibited by the iridates family of Ruddlesen-Proper series since the members with n=1,2,∞ are antiferromagnetic (AFM) Mott insulator, AFM band insulator and paramagnetic semimetal phases respectively. There is a number of works relating the RPS properties and thin film configurations of strain and oxygen vacancies which could provide an atomic engineering path towards topological phases and transitions, however the topic is still at its infancy. This project aims to tackle this issue using simulation techniques efficient of providing an experimentally realistic scenario of the quantum mechanisms such as the octahedral distortion and bandwidth in OH.

Efect of oxygen vacancies in bismut oxide Energy-Loss Near-Edge Structure spectra by ab initio simulations

Undefined
Researchers: 
  • Francesca Peiró (I.P.), Javier Blanco Portals, Sonia Estrade Albiol and Catalina Coll Benejam. (Universitat de Barcelona).
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

The present work summarizes the results of combining experimental Electron Energy Loss Spectroscopy measurements and Density Funtion Theory (DFT) simulations to detect and quantify oxygen vacancies in bismut oxide nanowires. The combination of experimental results and ab initio calculations give the possibility of understanding the optoelectronic properties of the sample and, since, one can control the percentage and the position of oxygen vacancies, it allows to analyze their effect. The theoretical calculations of the electronic structure were carried out using the linearized augmented plane wave (LAPW) method based on DFT, implemented on WIEN2k ab initio simulation package.

Grupo Operativo GAPTER (Ganadería de precisión para terneros, sostenibilidad y bienestar animal)

Undefined
Researchers: 
  • Copreca, Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería, ADEVICE, CICYTEX (Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura), Universidad de Sevilla Escuela Técnica Superior de Ingeniería (Telecomunicaciones) y Fundación COMPUTAEX.
Description: 

Este grupo operativo se centra en la aplicación los sistemas PLF (Precision Livestock Farming) para la consecución de modelos de bienestar animal, a partir de la monitorización, en tiempo real, del comportamiento y respuesta de los animales, frente a nuevas formulaciones alimenticias y nutricionales que reducen la huella de carbono y el impacto ambiental de las explotaciones bobinas de carácter intensivo.

Grupo operativo APMEF (Agricultura de precisión aplicada para la mejora de explotaciones frutales).

Undefined
Researchers: 
  • Grupo Fruvaygo Machuca, Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería, ADEVICE, Cellnex Telecom, Agrodrone, Tepro Consultores Agrícolas, CICYTEX (Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura), Universidad de Sevilla Escuela Técnica Superior de Ingeniería (Telecomunicaciones) y Fundación COMPUTAEX.
Description: 

Este grupo operativo tiene como objetivo la mejora y optimización de las explotaciones de frutales, mediante la aplicación de la agricultura de precisión, orientado a la aplicación de nuevas tecnologías en el manejo de nutrientes, del suelo y del cultivo para la consecución de nuevos modelos eficientes y sostenibles de producción de frutales.

SCIoT: Sistemas Ciberfísicos enmarcados en IoT para aplicación en ganadería de precisión

Undefined
Researchers: 
  • Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería y Fundación COMPUTAEX.
Description: 

El objetivo principal de este proyecto se centra en la aplicación de los sistemas PLF (Precision Livestock Farming) para la consecución de modelos de bienestar animal, a partir de la investigación de nuevos sistemas ciberfísicos basados en el concepto de Internet de las Cosas (IoT) destinados a la monitorización, en tiempo real, del comportamiento y respuesta de los animales, en las explotaciones bovinas de carácter intensivo.

RUMIMETA: Decrease in the methane footprint by inclusion of wine-making polyphenols in ruminant feed. Monitoring of its effect on the welfare of animals during calf fattening.

English
Researchers: 
  • COPRECA SDAD. COOP. (coordinator), Set Informática, Comunicaciones, and Ingeniería S.L., Heral Enología S.L, CICYTEX (Center for Scientific and Technological Research of Extremadura), University of Extremadura and the COMPUTAEX Foundation.
Description: 

The general objective of the project is to determine the effects produced in ruminant animals, both in terms of their influence on the methane footprint, and in the repercussions on meat quality, animal welfare and production costs, due to the incorporation of polyphenols in their diets.

The RUMIMETA project focuses on the consideration that animal production is an important source of greenhouse gas (GHG) emissions throughout the world. Depending on the approach used for the quantification and the type of emissions studied, different institutions (IPCC, FAO, EPA and others) have calculated that the contribution of livestock to global emissions of anthropogenic GHGs represent between 7 and 18 percent of the total emissions.

From these works it has been possible to evaluate the potential of practices related to nutrition, the generation of manure and animal husbandry in the reduction of methane and nitrous oxide, that is, in GHG emissions other than carbon dioxide, in animal production.

These practices were classified into enteric CH4 mitigation practices, manure management and animal husbandry. Emphasis was placed on the mitigation practices of enteric CH4 of ruminants and on manure mitigation practices of both ruminant and mono-gastric species. A literature review has been carried out, focused on the search for studies that use methods of life cycle analysis and simulations. The evaluation of mitigation practices is fundamental for the use of adequate units in a way that accurately reflects the potential impact of the quality and composition of the diet. In this way, these parameters show more precisely the effect of a certain mitigation practice on food consumption and animal production efficiency.

This point is an important key that is trying to investigate from different points of view, one of them lies in the introduction in nutritional and nutritional formulations of animals of new components that reduce the emission of this type of GHG during the processes of rumination.

This point is an important key which is being researched from different points of view, one of them lies in the introduction of new components in the nutritional formulations of animals, that reduce the emission of this type of GHG during the processes of rumination.

There is a growing concern regarding animal welfare in the production systems. The possible repercussions on the welfare of the animals of any change introduced in a production model (management, food, sanitary, etc.,) must be evaluated, always taking as reference the current management system. In this way, the activity proposed in this work focuses attention on precision Precision Livestock Farming (PLF) as a tool to research and evaluate, through the application of ICT, the welfare of animals with minimal or no interference in their vital space.

RUMIMETA: Disminución de la huella de metano por inclusión de polifenoles vitivinícolas en la alimentación de rumiantes. Monitorización de su efecto en el bienestar de los animales durante el cebo de terneros.

Spanish
Researchers: 
  • COPRECA SDAD. COOP. (coordinador), Set Informática, Comunicaciones, e Ingeniería S.L., Heral Enología S.L, CICYTEX (Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura), Universidad de Extremadura y Fundación COMPUTAEX.
Description: 

El objetivo general del proyecto es determinar los efectos producidos en animales rumiantes, tanto a nivel de su influencia en la huella de metano, como en las repercusiones en la calidad de la carne, bienestar animal y costes de producción, debido a la incorporación de polifenoles en las dietas de los mismos.

El enfoque del proyecto RUMIMETA, centra su atención en la consideración de que la producción animal es una fuente importante de emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en todo el mundo. Dependiendo del enfoque utilizado para la cuantificación y del tipo de emisiones estudiadas, diferentes instituciones (IPCC, FAO, EPA y otras) han calculado que la contribución del ganado a las emisiones mundiales de los GEI antrapogénico representan entre el 7 y el 18 por ciento de las emisiones totales.

A partir de estos trabajos se ha podido evaluar el potencial de las prácticas relacionadas con la nutrición, la generación de estiercol y la cría de los animales en la disminución del metano y del óxido nitroso, es decir, en las emisiones de los GEI diferentes al dióxido de carbono, en la producción animal.

Estas prácticas se clasificaron en prácticas de mitigación del CH4 entérico, de gestión del estiércol y de la crı́a animal. Se hizo énfasis en las prácticas de mitigación del CH4 entérico de los rumiantes y en las prácticas de mitigación del estiércol tanto de especies rumiantes como mono-gástricas. Se ha realizado una revisión bibliográfica centrando la búsqueda de estudios que emplearon métodos de análisis del ciclo de vida y de simulaciones. La evaluación de las prácticas de mitigación es fundamental el uso de unidades adecuadas de forma que se refleje con exactitud el impacto potencial de la calidad y la composición de la dieta. De este modo estos parámetros muestran con mayor precisión el efecto de una determinada práctica de mitigación en el consumo de alimentos y en la eficiencia de la producción animal.

Este punto es una clave importante que se está tratando de investigar desde diferentes puntos de vista, uno de ellos radica en la introducción en las formulaciones alimenticias y nutricionales de los animales de nuevos componentes que reducen la emisión de este tipo de GEI durante los procesos de rumia.

Existe una preocupación creciente por todo lo tocante al bienestar animal en los sistemas productivos. Por lo tanto, cualquier cambio que se introduzca en un modelo de producción: manejo, alimentación, sanitario,etc, debe ser evaluado en las posibles repercusiones sobre el bienestar de los animales, tomando siempre como referencia el sistema actual de gestión. En este marco de bienestar animal, la actividad planteada en este trabajo, centra la atención en la ganaderı́a de precisión o Precision Livestock Farming (PLF) como herramienta para investigar y evaluar, a través de la aplicación de las TIC’s, el bienestar de los animales con una interferencia mı́nima o nula en su espacio vital.

HERITAGEN: Ultrasecuenciación y supercomputación para la unificación del patrimonio genealógico y genético extremeño. Aplicación al estudio de enfermedades hereditarias.

Spanish
Researchers: 
  • José Luis González Sánchez (Investigador principal). Fundación COMPUTAEX.
  • Silvia Romero Chala. Hospital San Pedro de Alcántara.
  • Jonathan Gómez Raja. Fundesalud.
  • José Antonio García Trujillo. Hospital San Pedro de Alcántara.
  • Felipe Lemus Prieto. Fundación COMPUTAEX.
  • Alfonso López Rourich. Fundación COMPUTAEX.
Description: 

Se estima que aproximadamente 1 de cada 200 nacimientos pueden verse afectados por las 6.000 enfermedades monogénicas conocidas. Establecer la patogenicidad de las mutaciones detectadas mediante técnicas de secuenciación masiva o ultrasecuenciación (NGS, NextGeneration Sequencing) en la secuencia de los genes implicados será de vital importancia para el desarrollo de terapias enmarcadas en el concepto Precision Medicine.

No obstante, la falta de acceso a información sobre esas variaciones hace que su patogenicidad se desconozca (VUS, V ariant of Uncertain Significance ). El porcentaje de VUS puede ser reducido accediendo a la mayor cantidad de información sobre el gen relacionado con la enfermedad investigada, donde cobran especial importancia las variaciones encontradas en el mismo. El principal problema es que la información se encuentra dispersa, lo cual dificulta el acceso a la misma y supone un gasto económico y un aumento de la dificultad procesando la información.

Una de esas fuentes de información es la genealógica, la cual resulta de gran utilidad en el estudio de la incidencia de enfermedades hereditarias en el seno de una familia, en consultas de consejo genético. No obstante, el patrimonio documental de las poblaciones se puede encontrar también disperso o bajo acceso limitado o nulo, por lo que la información genealógica se limita a la proporcionada por pacientes cuando solicitan una consulta.

El objetivo del proyecto es estudiar los beneficios de la unificación de fuentes de información heterogéneas al estudio de enfermedades hereditarias (específicamente el patrimonio genealógico e información genética), lo que servirá para reducir la ratio de variables de significado incierto detectadas en estudios de secuenciación masiva. Para ello, se propone enfocar el estudio a un conjunto de personas de una población relevante desde el punto de vista genético, para secuenciar su genoma (concretamente los genes asociados a la enfermedad elegida) y unificarlo con su información genealógica.

Para gestionar y analizar la información, así como para extraer conocimiento de la misma, se plantea el uso de recursos de supercomputación en combinación con ténicas de big data. Así, mediante técnicas de HPC (High Performance Computing ), se procesarán los datos y secuencias genéticas en el menor tiempo posible, garantizando a su vez el almacenamiento, la seguridad y la alta disponibilidad de la información con la que se trabaja.

Por otra parte, se tendrá en cuenta el uso de formatos estandarizados de información, así como los aspectos éticos derivados de la realización de tratamientos relacionados con la salud.

La información de alto nivel generada seguirá la filosofía opendata, cumpliendo siempre con la legislación vigente en materia de seguridad y protección de la información. Así mismo, los datos se pondrán a disposición de los usuarios a través de servicios desplegados mediante el paradigma del cloud computing.

HERITAGEN: Next-Generation Sequencing and supercomputing for the unification of the genealogical and genetic heritage of Extremadura. Application to the study of hereditary diseases.

English
Researchers: 
  • José Luis González Sánchez (Principal Investigator). COMPUTAEX Foundation.
  • Silvia Romero Chala. San Pedro de Alcántara Hospital.
  • Jonathan Gómez Raja. FUNDESALUD (Foundation for Research and Training of Health Professionals of Extremadura).
  • José Antonio García Trujillo. San Pedro de Alcántara Hospital.
  • Felipe Lemus Prieto. COMPUTAEX Foundation.
  • Alfonso López Rourich. COMPUTAEX Foundation.
Description: 

It is estimated that approximately 1 in 200 births can be affected by the 6,000 known monogenic diseases. Establishing the pathogenicity of the mutations detected by means of NextGeneration Sequencing in the sequence of the genes involved will be of vital importance for the development of therapies in order to develop the Precision Medicine concept.

However, the lack of access to information about these variations means that their pathogenicity is unknown (VUS, V ariant of Uncertain Significance). The percentage of VUS can be reduced by accessing as much information as possible about the gene related to the disease under investigation, where the variations found in it are particularly important. The main problem is that the information is scattered, which hinders the access to it and supposes an economic expense and an increase of the difficulty in processing information.

One of these sources of information is the genealogical one, which is very useful in the study of the incidence of hereditary diseases within a family, in consultations of genetic counseling. However, the documentary heritage of the populations can also be found scattered,  with limited or no access, so the genealogical information is limited to that provided by patients when they request a consultation.

The objective of the project is to study the benefits of the unification of heterogeneous information sources to the study of hereditary diseases (specifically the genealogical heritage and genetic information), which will serve to reduce the ratio of variables of uncertain significance detected in next-generation sequencing studies. To do this, it is proposed to focus the study on a group of people from a genetically relevant population, in order to sequence their genome (specifically the genes associated with the chosen disease) and to unify it with their genealogical information.

To manage and analyze the information, as well as to extract knowledge of it, the use of supercomputing resources in combination with big data techniques is proposed. Thus, by using HPC (High Performance Computing) techniques, the data and genetic sequences will be processed in the shortest possible time, while guaranteeing storage, security and high availability of the information used.

In addition, the use of standardized forms of information will be taken into account, as well as the ethical aspects derived from the performance of health-related treatments.

The high-level information generated will follow the open data philosophy, always complying with current legislation on security and information protection. Likewise, the data will be made available to users through services deployed by means of the cloud computing paradigm.

Flow instabilities in two-component 2D Bose-Einstein condensates 

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Researchers: 
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

Study of the generation and evolution of nonlinear excitations in two-component (pseudo-spin 1/2) 2D Bose-Einstein condensates of ultracold atomic gases. The project will be focused on the onset of the instabilities in stationary states that give place to the appearance of vortices and solitons.
 
The equations of motion of the coupled superfluids, in a mean field approximation, will be numerically solved by means of a massively parallel Trotter-Suzuki-MPI solver, with all computational details made available to the public to ensure easy reproduceability of the results.

Ab initio molecular dynamics of photovoltaic organic self-assembled monolayers adsorbed on metal surfaces

Undefined
Researchers: 
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

Study of different properties of small carbon clusters, fullerenes, metal clusters and biomolecules. The main purpose is to understand the mechanism behind the collisions of these species with highly charged atomic ions and energetic photons.
In carbon clusters, the project is focused on properties such as the electronic structure, geometrical properties and stability. For that it uses usual quantum chemistry methods (coupled cluster and multireference methods) as well as Density Functional Theory (DFT).

Study of the charge transfer and fragmentation in collisions of highly charged fullerenes, using a time-dependent close-coupling method developed in our group. The energy deposited leads to fragmentation, which we study using statistical methods also developed in our group.

Study of bigger systems, such as biomolecules (i.e. uracyl or adenine). Application of statistical methods and time-dependent DFT to study the fragmentation of such molecules after collisions with ions and photons.

Mechanisms of Molecular Motion in Polymers with Nonuniform Stiffness

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Researchers: 
Description: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación

Our understanding of the dynamics of flexible (Gaussian coil) polymer systems is relatively well developed. However, other advanced applications of polymers such as organic electronics and biomaterials usually combine flexible polymers with a diversity of semi-rigid and rigid polymer structures. In comparison with flexible polymers, extremely little is known about the dynamics of rigid macromolecules [1-2]. Many of these novel semiconducting and bio-functional polymers have very rigid chain topologies due to the presence of PI-conjugated orbitals or strong hydrogen bonded structures. The incorporation of these functionalities into polymers leads to macromolecules that contain both stiff, rod-like regions and flexible, Gaussian coil-like regions.  Some examples of these type of novel materials include PEGylated proteins, block copolymer for LEDs and photovoltaics, drug delivery micelles, and hydrogels for tissue engineering. Understanding the processing, mechanics, and kinetics of self-assembly in these materials demands a fundamental understanding of the mechanisms of molecular motion in these hybrid rigid-flexible systems. Recent studies have focused mostly on the synthesis and thermodynamics of these materials.

In this project, we intend to acquire a theoretical understanding of the dynamics of hybrid polymers containing both rigid rod-like and flexible coil-like blocks, both in dilute solutions and in entangled melts.  For that purpose, we will do coarse-grained molecular dynamics (MD) simulations of the systems. Given the large parameter space of the problem (molecular weight, fraction of rod and coil blocks, number of blocks, concentration, etc), the project will require the calculation of a vast number of simulations. In addition to MD, Brownian dynamics (BD) simulations of coarse-grained single chain models will be used to fit and interpret the obtained. Our previous experience in development and use of models and methods for the study of the dynamics of polymers [3-5] makes us confident that the current project will produce exciting new and valuable results. In addition, the project will be run in collaboration with Prof. Bradley Olsen, from MIT, one of the leading researchers in the field of experimental synthesis and characterization of hybrid block-copolymers and also one of the leading theoreticians in the area. The results of our simulations will be compared against the vast and recent collection of experimental data on diffusion [6-7] of this type of materials.

The project will provide a first step towards the understanding of the rich and complex dynamics of rod-coil polymers at the molecular level, as well as a basis for further investigation of more complex dynamic aspects like internal modes and rheological response. In the long term, the results of this project will enable further progress in the engineering (both processing and properties) of these materials in the advanced applications mentioned above.

Electronic and Thermoelectric Properties of doped-Cu3SbSe4 based compounds from First Principles

Researchers: 
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Objectives: 

Thermoelectric (TE) materials, which can directly convert hear into electricity or viceversa are attracting much attention due to their potential applications not only in the energy conversion industry but also in providing power for electronics. The performance of a TE material is usually evaluated through the dimensionless figure of merit (ZT): ZT = (S**2aT)/k (1) where S is the Seebeck coefficient, a is the electrical conductivity, T is the absolute temperature, k is the thermal conductivity and S2a is the so-called power factor (PF). The thermal conductivity k is defined as: k=ke+kl (2) where ke and kl represent the electronic and the lattice components of the thermal conductivity, respectively. Nowadays, only those materials with ZT values amounting to around 1.0 or above are considered to be efficient TE materials. The most efficient way to improve TE performance should increase the Seebeck coefficient and the electrical conductivity (i.e., the power factor should be maximized), while the thermal conductivity k should be minimized. However, these properties are strongly coupled. As matter of fact, the increase in electrical conductivity by increasing carrier concentration results in lower Seebeck coefficient. These problems are appealing the use of theoretical methods for exploring TE materials with improve performance. Among copper based chalcogenide semiconductors, Cu3SbSe4 shows excellent electrical transport properties and relatively low thermal conductivity. Near of the bandgap region, the valence band is mainly due to the hybridization between Cu-3d and Se-4p states, while the conduction band is formed by the hybridization between Sb-5s and Se-4p states. In this configuration, the Cu-Se bonds network plays as the hole conduction path. Therefore, the substitution of Sb atoms could be a reasonable strategy to fine tune the TE properties by adjusting the carrier concentration and minimizing the adverse effects on the hole mobility.

Several works have reported experimental results on the improvement of TE features in Cu3SbSe4 by doping in Sb sites with elements such as Ge, In, Sn, Al and Bi. In this project, we propose combination of first-principles calculations and their comparison with available experimental data to investigate the potential of doped-Cu3SbSe4 based compounds as TE materials and their relationship with properties such as electronic structure, effective masses or bandgap. Concretely, doped-Cu3SbSe4 compounds here studied are obtained by replacing Sb atoms by Ge, In, Sn, Al and Bi, for whose there are available experimental data. In addition, we also explore the TE performance of doped- Cu3SbSe4 with As, Pb and Ga. Our results will provide a detailed picture of the thermoelectric performance and useful structure-property relationship between TE features and properties such as electronic structure, effective masses, bandgap or charge carrier concentration.

Methodology: 

The most popular theoretical framework to study TE properties is based first-principles calculations in combination with the semi-classical Bolzmann transport theory. Thermoelectric materials are narrow bandgap semiconductors. Therefore, in order to obtain accurate thermoelectric parameter, precise bandgap values are mandatory. Based our previous experience, the electronic band structure will be calculated using density functional theory (DFT) as implemented in VASP code in combination with the projected augmented wave (PAW) method. Total energy calculations were carried out by using GGA+U approach. The PBE exchange correlation functional, along to the formalism proposed by Dudared et al. were applied. In this work, we use Ueff = 15 eV for the Cu-3d states. In addition, some test calculations for selected system will be carried out by using HSE. Plane-wave energy cutoff of 450 eV, an energy convergence criterion of 10-4 eV, and Methfessel-Paxton first-order scheme with 0.1 eV of smearing to extract the occupations of Kohn-Sham eigenvalues. For the Brillouin zone integration, a 12x12x12 Monkhorst-Pack scheme k-point mesh will be used. BoltzTrap code needs a high-number of k-points to calculate transport properties. The convergence test of thermoelectric properties should start at 1000000/V, where V is the volume of the primitive unit cell. Hence, denser k-point mess will be also tested to assess the convergence of calculated TE parameters as a function of the number of k-points. The model system Cu3SbSe4 will be defined through a tetragonal unit cell with 144 atoms (Cu54Sb18Se72), while crystal structures of doped-Cu3SbSe4 compounds will be built by replacing one Sb atom by one dopant atom. In this way, the doping concentration is equal to x=0.055, which is comparable with those doping concentration reported for doped-Cu3SbSe4 compounds. Finally, k-point mesh will be increased in order to assess the thermoelectric properties.

Although thermoelectric properties are obtained as a post-process of DFT results by using VASP outputs. Boltztrap code uses a mesh of self-consistent band energies from VASP program, and their calculations will be carried out by using computational resources of our group. A very high-number of k-points are needed to calculate transport properties. Thus, the convergence test of thermoelectric properties should start at 1000000/V, where V is the volume of the primitive unit cell. Therefore, all computational resources requested in this project are due to the calculations of the electronic structure of selected compounds because we will need dense k-mesh and precise density functional methods.

Simulaciones moleculares de docking (acoplamiento molecular) para buscar potenciales inhibidores de diferentes virus

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Researchers: 
  • Vicente Galiano (IP), José Villalaín, Emmanuel Fajardo. Departamento de Física y Arquitectura de Computadores. Universidad Miguel Hernández de Elche. 
Description: 

Entre los patógenos que causan las mayores tasas de mortalidad y morbilidad en los seres humanos y los animales podemos nombrar los virus. Sin embargo, en la gran mayoría de los casos, no hay vacunas o tratamientos terapéuticos eficaces. A la familia Flaviviridae de virus pertenecen una serie de patógenos humanos de gran relevancia médica. Virus como el virus de la hepatitis C, el virus de la fiebre amarilla, el virus West Nile, el virus de la encefalitis transmitida por garrapatas, el zika y el dengue pertenecen a esta familia. El dengue (DENV), así como el zika (ZIKV), causan las enfermedades virales transmitidas por artrópodos más frecuentes entre los seres humanos, afectando a millones de personas al año. Estas enfermedades han evolucionado en los últimos tiempos desde una ocurrencia esporádica a un gran problema de salud pública de orden mundial. Es significativo que todos los procesos inherentes al ciclo de replicación viral están directa o indirectamente relacionados con sistemas de membrana o membranas derivadas de ellas. Todo aquello que pueda interferir con cualquiera de estos procesos sería potencialmente útil para que el virus o bien no puede entrar o bien no pueda salir de la célula. Nuestro grupo tiene como objetivo estudiar la estructura y la interacción con diferentes tipos de sistemas modelo de biomembrana de varios dominios de péptidos derivados de las proteínas estructurales y no estructurales de los virus DENV y ZIKV. A partir del conocimiento experimental que tenemos sobre las proteínas estructurales y no estructurales del DENV, nuestros objetivos son el estudio in silico de la dinámica molecular de los péptidos seleccionados de DENV y ZIKV interactuantes con sistemas modelo de  iomembranas, la obtención de información exhaustiva sobre su estructura y su interacción específica con los lípidos, la determinación mediante in silico screening y peptide docking con el fin de obtener péptidos antivirales y moléculas bioactivas contra aquellas estructuras obtenidas anteriormente, y en su caso probarlas in vitro para comprobar su efectividad utilizando diferentes composiciones de biomembranas modelo. Todo esto permitirá el desarrollo de nuevos compuestos útiles para la mejora de las terapias combinadas con el fin de lograr el objetivo final, la erradicación de las infecciones virales producidas por DENV y ZIKV.

 

Activación molecular mediante complejos organometálicos con enlaces múltiples heterometálicos

Researchers: 

Miguel Angel Ruiz Alvarez (IP), Daniel García-Vivó, Mª Esther García Díaz, Mª Angeles Alvarez Fidalgo. Area de Química Inorgánica, Universidad de Oviedo.

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Description: 

El objetivo general de la presente investigación es sintetizar nuevos complejos con enlaces múltiples heterometálicos y estudiar su reactividad en un sentido amplio, poniendo especial atención en los procesos generales de activación de moléculas sencillas y su posible utilidad en campos más aplicados como la catálisis. Se parte de la hipótesis, contrastada en distintos estudios experimentales previos, de que los compuestos con enlaces múltiples heterometálicos pueden mostrar una reactividad superior a la de sus homólogos homometálicos, debido a la polaridad intrínseca del enlace heteronuclear. En particular, y aprovechando la gran experiencia del grupo investigador en el área de los compuestos carbonílicos homobinucleares de los elementos de transición, se abordará la síntesis de nuevos compuestos carbonílicos y ciclopentadienílicos con enlaces múltiples entre átomos metálicos diferentes, principalmente de los grupos 6 a 8, estabilizados mediante ligandos puente de tipo fosfuro (PR2) o fosfinideno (PR), que adicionalmente pueden contener, o no, ligandos hidruro puente. En una fase posterior se estudiará la reactividad general de estos complejos frente a moléculas orgánicas e inorgánicas sencillas, y frente a otros complejos metálicos, y también se analizará su actividad en relación con algunos procesos de interés más aplicado, tales como procesos de hidrogenación, activación de óxidos de nitrógeno y del fósforo elemental.

Methodology: 

El proyecto posee una componente mayoritaria de síntesis inorgánica y estudios de reactividad química. En el transcurso de estos estudios, sin embargo, se plantean con frecuencia problemas que no pueden resolverse exclusivamente mediante técnicas espectroscópicas convencionales, y cuya solución precisa acudir a cálculos mecanocuánticos, tipicamente de tipo DFT, que serán realizados empleando el programa GAUSSIAN para obtener información relativa a distintos extremos:

  • Determinación de la estructura electrónica más probable de compuestos químicos de baja estabilidad, o de estructura no determinable mediante técnicas espectroscópicas y difractométricas.
  • Determinación de energías relativas de isómeros geométricos.
  • Análisis de la estructura electrónica y enlace de compuestos de especial relevancia por su inusual estructura geométrica o reactividad.
  • Estudio de perfiles energéticos de reacción en transformaciones de especial interés, con identificación de especies intermedias y los correspondientes estados de transición.

Flow-induced anisotropy in metallic glasses

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Researchers: 
Description: 

Se denominan vidrios metálicos a los materiales amorfos compuestos mayoritariamente por elementos metálicos. Los vidrios metálicos fueron descubiertos en 1960, y desde entonces han sido objeto de gran interés científico a causa de sus peculiares propiedades. La falta de estructura cristalina permite obtener materiales con resistencia mecánica superior a aleaciones cristalinas de composición similar, y también se han obtenidos excelentes aleaciones magnéticas blandas, que se utilizan en transformadores de muy bajas perdidas.

Los vidrios metálicos se producen por enfriamiento rápido, de forma similar a los vidrios tradicionales basados en óxido de Silicio. Durante el enfriamiento la viscosidad del líquido aumenta varios ordenes de magnitud, y cuando la viscosidad supera un valor crítico el líquido sobreenfriado queda cinemáticamente “congelado”. Es decir, el material conserva la estructura atómica del líquido del que procede. Este proceso se conoce como transición vítrea, y es uno de los problemas abiertos en la investigación de la física de materiales. Se trata de un problema complejo de mecánica estadística no estacionaria, y por este motivo la simulación numérica mediante Dinámica Molecular es una técnica muy valiosa en su estudio, complementando la información experimental.

La dinámica de los vidrios por debajo de la transición vítrea es también objeto de intensa investigación. Dado que se trata de materiales fuera del equilibrio termodinámico sufren procesos de relajación hacia estructuras termodinámicamente más estables, en tiempos de relajación que van desde segundos hasta cientos de años. La comprensión de estos procesos es esencial para comprender su respuesta en condiciones de servicio, y por lo tanto para definir sus posibles aplicaciones tecnológicas.

Experimentos recientes han mostrado que la aplicación de esfuerzos mecánicos sobre un vidrio metálico puede generar anisotropía atómica. De este modo, tras la aplicación del esfuerzo se generan direcciones privilegiadas en el vidrio, y las propiedades mecánicas del material en las diferentes direcciones se ven afectadas. Para analizar este fenómeno, el grupo de investigación ha realizado un experimento utilizando radiación Sincrotrón en ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, Francia), en el que se ha analizado la respuesta estructural de la aleación amorfa Pd42.5Ni7.5Cu30P20. Se escogió este material porque se trata de un vidrio metálico dúctil, estable en un amplio rango de temperaturas y resistente a la oxidación.

Objectives: 

En el proyecto de investigación Flow-induced anisotropy in metallic glasses se simula un vidrio metálico similar al que se ha analizado experimentalmente para comparar los resultados obtenidos mediante simulación numérica de Dinámica Molecular con los resultados experimentales obtenidos mediante radiación Sincrotrón.

La principal diferencia entre las medidas experimentales y la simulación mediante dinámica molecular proviene de las diferentes escalas temporales. Las medidas experimentales se realizan en tiempos de algunos segundos o minutos, mientras que mediante dinámica molecular se pueden llegar a simular tiempos del orden de algunos nanosegundos. Por esta razón, la dinámica molecular solo se puede comparar cualitativamente con los resultados experimentales.

Experimentalmente se obtienen velocidades de deformación entre 10-2 s-1 y 10-4 s-1. Es decir, se requieren entre 100 s y 10000 s para obtener una deformación de la muestra del 100%. Las deformaciones máximas estudiadas son del 5%. Hasta el momento, mediante dinámica molecular se han simulado velocidades de deformación entre 1012 y 1010 s; la deformación del 100% de la muestra se conseguiría en tiempos entre 0,001 ns y 0,1 ns. En estas simulaciones se ha observado la aparición de anisotropía con deformaciones de hasta el 10% de la muestra. Para deformaciones superiores se observa la creación de bandas de cizalla (shear bands), ampliamente documentadas en la bibliografía.

El objetivo concreto del proyecto que se está realizando en CénitS acercarse a las condiciones experimentales reduciendo la velocidad de deformación y la deformación máxima. Para ello, se están estudiando velocidades de deformación menores, de 108 s, equivalentes a una deformación del 100% de la muestra en tiempos de 10 ns. Las deformaciones máximas a estudiar serán del 2%, 5% y 10%, dado que no estamos interesados en el estudio de las bandas de cizalla.

Methodology: 

La simulación se realiza utilizando el software lammps, y potenciales tipo embedded atom method, que han demostrado ser adecuados para el estudio de metales, tanto en fase cristalina como amorfa. Lamentablemente, no se dispone de potenciales para el Fósforo, por lo que se está simulando la composición Pd53Ni34Cu13, con la misma proporción entre los elementos metálicos.

Ultrasecuenciación genética mediante técnicas de supercomputación

Undefined
Description: 

Este proyecto, asistencial y de investigación, está siendo desarrollado por el Servicio de Inmunología y Genética Molecular del Hospital San Pedro de Alcántara de Cáceres (Servicio Extremeño de Salud) en colaboración con investigadores de la Fundación COMPUTAEX. Las nuevas técnicas de secuenciación masiva de ADN, cuyo uso se está imponiendo en el ámbito de la genética y la bioinformática, permiten secuenciar el genoma de un ser humano con una reducción en términos de tiempo y coste económico cada vez mayor. Por ello, se hace necesaria la utilización de supercomputadores como LUSITANIA, que además de procesar la ingente cantidad de datos generada, para poder estudiar la información contenida en el ADN, permite simular rasgos complejos de genes, estructuras subatómicas y tridimensionales, así como aminoácidos de las proteínas.

Objectives: 
  • nvestigación de enfermedades genéticas y neurodegenerativas.
  • Investigación sobre el desarrollo y la predisposición genética a desarrollar distintos tipos de cáncer y posterior mejora en la determinación de estrategias para prevenirlos y tratarlos adecuadamente.
  • Análisis de la predisposición al padecimiento de determinadas enfermedades hereditarias, y posterior mejora en la determinación de estrategias para prevenirlas adecuadamente.
  • Detección prematura de errores de metabolismo y enfermedades raras, minoritarias o huérfanas, de origen genético.

Efectos estereoelectrónicos y del disolvente en las conformaciones de heterociclos saturados de 5 y 6 miembros

Researchers: 
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Description: 

Algunos derivados de las 2-amino-2-desoxialdosas se presentan mayoritariamente bajo la forma anomérica α (hidroxilo anomérico axial), lo cual tiene fácil explicación invocando el efecto anomérico que favorecería el predominio de compuestos con el hidroxilo anomérico axial frente a las disposiciones ecuatoriales que los motivos estéricos deberían favorecer.

Se han descrito no obstante una serie de productos en los que la única forma anomérica presente es la β (hidroxilo anomérico ecuatorial) contraviniendo aparentemente al efecto anomérico esperado: Iminas derivadas de aldehídos aromáticos, iminas derivadas de 2-amino-2-desoxialdosas y, más concretamente y como parte detonante de esta investigación, iminas derivadas de 2-amino-2-desoxi-D-glicero-L-gluco-heptopiranosa cuyo comportamiento fue definido a partir de investigaciones del Departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Universidad de Extremadura.

Todos estos derivados pueden ser utilizados para proteger el grupo amino en síntesis gobernando la configuración anomérica de 2-amino-2-desoxialdosas.

Objectives: 
  • El objetivo de esta investigación es profundizar en los motivos de esta anomalía estudiando estos compuestos y sus derivados mediante cálculos energéticos, e interpretarlos observando el efecto que pueden producir variables como las interacciones estereoelectrónicas o el disolvente utilizado.

Análisis clínico, inmunológico y genético del déficit selectivo de IGA. Estudio longitudinal de los pacientes acumulados en un centro de referencia durante los últimos 18 años

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Description: 

El déficit selectivo de IgA es la inmunodeficiencia primaria más frecuente en nuestro medio. Su etiopatogenia es muy compleja y poco comprendida. Aunque presenta agregación familiar un un modelo de herencia mendeliano, sus causas genéticas todavía no se han encontrado. Hasta la fecha no se han utilizado plataformas de secuenciación masiva que analicen el exoma completo o arrays de CGH de alta resolución (de 1 millón de sondas) para el estudio de las variantes en el número de copias genéticas. La hipótesis residió en que estos análisis podrían desentrañar las alteraciones genéticas implicadas en la enfermedad.

Objectives: 

Estudio de Exoma completo en 3 pacientes seleccionados:

  • SigAD esporádico.
  • Asociado a autoinmunidad.
  • Con asociación familiar.
  • Valoración de las variantes en el número de copias génicas (CNVs) en los tres grupos de pacientes anteriores.
  • Estudio integral de la prevalencia de enfermedades autoinmunes, alérgicas e infecciosas de toda la serie.
  • Valoración de la infección por Helicobacter Pyori de los pacientes adultos mediante test de la ureasa.
  • Estudio de los niveles de Inmunoglobulinas, subclases de IgG, autoanticuerpos y poblaciones B memoria como marcadores predictivos de evolución.
  • Constituir un registro de pacientes asintomáticos dispuestos a donar sangre en caso de necesidad (Banco de Sangre “virtual”).
  • Creación de una genoteca y seroteca de pacientes.

Glicoconjugados basados en el esqueleto de aminopoliol. Estructura agregación y modificación superficial.

Researchers: 
  • Pedro Cintas Moreno, Martín Ávalos González, Reyes Babiano Caballero, David Cantillo Nieves, José Luis Jiménez Requejo, Rafael Fernando Martínez Vázquez, Juan Carlos Palacios Albarrán y Esther Matamoros Castellano. Grupo QUOREX. Universidad de Extremadura.
Undefined
Description: 

El grupo de investigación QUOREX de Química Orgánica, catalogado tanto en la Universidad de Extremadura como en la Junta de Extremadura (FQM-007), está integrado por docentes e investigadores cuyas líneas de trabajo se encuentran financiadas a través de proyectos nacionales (Ministerio de Ciencia e Innovación) y regionales (Consejería de Economía, Comercio e Innovación).

El grupo trabaja en las siguientes líneas de investigación, en las cuáles la supercomputación es una importante herramienta:

  • Estudio de reactividad química en moléculas orgánicas, a elevado nivel teórico; en particular procesos regio-, enantio- y diastereoselectivos catalizados por complejos metálicos.
  • Diseño computacional de cápsulas oligoméricas como medios de reacción organizados, evaluando transformaciones selectivas de inclusión y reconocimiento molecular.
  • Simulación del centro activo de enzimas catalíticos. Estudio de la interacción con moléculas orgánicas pequeñas que pueden actuar como agonistas o antagonistas del enzima.
  • Modelización de las interacciones de glicolípidos y sustancias anfipáticas derivadas de carbohidratos con superficies metálicas.
Methodology: 

Optimización de las estructuras de moléculas mediante cálculos teóricos.

Estirpex-2

Spanish
Researchers: 
Description: 

El proyecto Estirpex supuso el despliegue de software libre en la infraestructura de LUSITANIA, para procesar la secuencia genética de determinados exomas, almacenar la información generada y filtrar y visualizar los resultados obtenidos; pero también, la apertura de una serie de líneas de trabajo destinadas a la optimización de los procesos de obtención de información de alto nivel, relacionada con los estudios de secuenciación masiva realizados.

La experiencia que, la Fundación COMPUTAEX ha demostrado en el desarrollo de otros proyectos del ámbito de la sanidad, se ve reforzada por el auge que el concepto Precision Medicine está experimentando, de lo que se deduce que el momento en el que se enmarca el desarrollo de Estirpex-2 es inmejorable.

El proyecto Estirpex-2 persigue, bajo la Estrategia RIS3 (Estrategia de Investigación e Innovación para la Especialización Inteligente de Extremadura, Áreas de Excelencia de la salud y de Excelencia de las TIC), la continuidad del trabajo desarrollado en el proyecto Estirpex. Concretamente, Estirpex-2 se corresponde con el estudio, desarrollo y despliegue de servicios para sectores económicos relevantes en la región que puedan beneficiarse de la tecnología de secuenciación genética masiva (NGS, Next-Generation Sequencing), apoyada en el uso de la supercomputación.

Estirpex-2 perseguía ampliar las investigaciones y los trabajos realizados durante el proyecto Estirpex desplegando de un catálogo de servicios de ultra-secuenciación, que permitiera a los sectores económicos más relevantes de la región el acceso a las ventajas que ofrece la secuenciación masiva.

El despliegue de dichos servicios suponía la asunción de responsabilidades en materia de seguridad, debido a la naturaleza sensible de la información que podía tratarse. Por tanto, era necesaria la realización de un estudio de seguridad que estableciera las medidas que debían implementarse para un adecuado cumplimiento legal.

Objectives: 
  • Estudiar las implicaciones técnicas asociadas a cada actividad del proyecto.
  • Implantar soluciones software para apoyar el despliegue de un servicio NGS del catálogo.
  • Analizar la seguridad de los activos y sistemas de información asociados con el servicio.
  • Acercar los servicios del catálogo a los sectores económicos de la región que pudieran estar interesados, haciendo hincapié en el valor añadido que la secuenciación del genoma de especies autóctonas, animales y vegetales, pudiera tener en el sector primario.
Methodology: 

La primera fase del proyecto ha consistido en un análisis pormenorizado de las implicaciones técnicas asociadas a cada una de las actividades del proyecto:

  • Técnicas y métodos bioquímicos, así como el equipamiento necesario, para llevar a cabo un proceso de ultra-secuenciación genética. 
  • Prestaciones de los secuenciadores disponibles en el mercado (coste, precisión, tiempo empleado, cantidad de pares de bases generadas, etc.).
  • Estudios de secuenciación masiva más apropiados según la plataforma utilizada (resecuenciación, ensamblado de genomas, etc.).
  • Software necesario para procesar las secuencias genéticas de los estudios más típicos que se pueden llevar a cabo con los secuenciadores que hay actualmente en el mercado, a saber: resecuenciación, ensamblado de genomas (de Novo sequencing) y RNA-Seq.
  • Infraestructura que permita, no sólo la obtención de resultados genéticos de alto nivel en un tiempo lo más bajo posible, sino que el uso de los recursos computacionales se optimice (Cloud Computing).
  • Valor estratégico de los servicios: dado el peso que el sector primario posee en la economía de la región, la colaboración entre miembros del SECTI (Sistema Extremeño de Ciencia, Tecnología e Innovación) u otras entidades especializadas en el mundo animal y vegetal con COMPUTAEX, podría ser muy enriquecedora para la región.

Durante el desarrollo de Estirpex-2 se han implantado soluciones software para apoyar el despliegue de un servicio NGS del catálogo:

  • Prototipo, en la plataforma OpenNebula, para el procesamiento automático de secuencias generadas por un servicio de resecuenciación, incluyendo herramientas manuales de interpretación.
  • Software para la construcción y edición de pedigríes por parte de los especialistas en consejo genético.

    

Estirpex-2

English
Researchers: 
Description: 

The Estirpex project involved the deployment of free software in the infrastructure of LUSITANIA, to process the genetic sequence of certain exomes, store the information generated and filter and visualize the results obtained; but also, the opening of a series of lines of work aimed at optimizing the processes of obtaining high-level information, related to the massive sequencing studies carried out.

The experience that the COMPUTAEX Foundation has demonstrated in the development of other projects in the field of healthcare, is reinforced by the rise that the Precision Medicine concept is experiencing, from which it is deduced that the moment in which development is framed of Estirpex-2 is unbeatable.

The Estirpex-2 project pursues, under the RIS3 Strategy (Strategy for Research and Innovation for the Specialization of Extremadura, Areas of Excellence in Health and Excellence of ICT), the continuity of the work developed in the Estirpex project. Specifically, Estirpex-2 corresponds to the study, development and deployment of services for relevant economic sectors in the region that can benefit from the technology of Next-Generation Sequencing, supported by the use of supercomputing.

Estirpex-2 sought to expand the research and work carried out during the Estirpex project by deploying a catalog of ultra-sequencing services that would allow the most important economic sectors in the region to access the advantages offered by mass sequencing.

The deployment of these services implied the assumption of responsibilities in terms of security, due to the sensitive nature of the information that could be treated. Therefore, it was necessary to carry out a security study that established the measures that should be implemented for an adequate legal compliance.

Objectives: 
  • Studying the technical implications associated with each project activity.
  • Implementing software solutions to support the deployment of an NGS service of the catalog.
  • Analysing the security of assets and information systems associated with the service.
  • Bringing the services of the catalog closer to the economic sectors of the region that may be interested, emphasizing the added value that the genome sequencing of autochthonous, animal and plant species could have in the primary sector.
Methodology: 

The first phase of the project consisted of a detailed analysis of the technical implications associated with each of the following project activities:

  • Biochemical techniques and methods, as well as the necessary equipment, to carry out a process of Next-Generation Sequencing.
  • Performance of the sequencers available in the market (cost, precision, time used, number of base pairs generated, etc.).
  • More appropriate massive sequencing studies according to the platform used (resequencing, assembly of genomes, etc.).
  • Software necessary to process the genetic sequences of the most typical studies that can be carried out with the sequencers that are currently on the market, namely: resequencing, assembly of genomes (by Novo sequencing) and RNA-Seq.
  • Infrastructure that allows, not only the obtaining of high level genetic results in a time as low as possible, but the optimization of the use of computational resources (Cloud Computing).
  • Strategic value of the services: given the importance that the primary sector has in the economy of the region, the collaboration between members of the SECTI (Science, Technology and Innovation System of Extremadura) or other entities specialized in the plant and animal life, together with COMPUTAEX, could be very rewarding for the region.

During the development of Estirpex-2, software solutions have been implemented to support the deployment of an NGS service of the catalog:

  • A prototype, in the OpenNebula platform, for the automatic processing of sequences generated by a resequencing service, including manual interpretation tools.
  • Pedigree drawing software for specialists in genetic counseling.

    

CENITAL

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Researchers: 
Description: 

El proyecto CENITAL nació en 2013 para dar respuesta a varios objetivos de la Fundación COMPUTAEX, estando centrado especialmente en aspectos emergentes de las tecnologías más avanzadas en materia de cómputo y comunicaciones. 

Los trabajos se estructuran en los siguientes subproyectos y actividades:

  • Green-Code: su objetivo es el desarrollo eficiente de código fuente, partiendo de la propia eficiencia energética de los dispositivos tecnológicos sobre los que se ejecuta el código, enfocándose especialmente en la supercomputación de altas prestaciones.
  • Ultrasecuenciación genética - Estirpex: persigue la creación de una plataforma online que permita el acceso a profesionales del ámbito sanitario, a un repositorio piloto de datos históricos y clínicos de ciudadanos de Extremadura, así como profundizar en el estudio de enfermedades hereditarias, a través de la obtención y análisis de variaciones en la secuencia genética del exoma de las personas representadas, obtenida mediante tecnologías NGS (Next-Generation Sequencing).
  • Eco-trafic: su objetivo principal es proporcionar a las ciudades extremeñas servicios de cloud computing y supercomputación para una gestión eficaz, eficiente y sostenible del tráfico rodado, utilizando los paradigmas de Big Data y Open Data.
  • TaxonomTIC: persigue identificar qué son las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), los elementos que las componen, describirlos y clasificarlos, para poder estudiar su impacto en Extremadura, España y Europa, generando una fuente de información adicional, que permite conocer qué profesionales, empresas u organismos se encuentran relacionados con este sector y cuáles se apoyan en dichas entidades para ofrecer servicios TIC.

PedigreeX: Gestión Automatizada de Pedigrís Humanos en Consejo Genético

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Researchers: 
  • Noelia Alonso Sánchez, CénitS-COMPUTAEX. Trabajo Final de Máster en Ingeniería Informática, Universidad de Extremadura.
Description: 

El Consejo Genético es una de las actividades propias de la Genética Clínica y consiste en un proceso comunicativo para informar, educar y dar soporte a individuos y familias que tienen una enfermedad genética o el riesgo de tenerla. El Consejo Genético les brinda a los pacientes información acerca de su enfermedad y les ayuda a tomar decisiones informadas. Un aspecto fundamental en dicho Consejo Genético es la generación y análisis del Pedigrí del paciente afecto, pero la carencia de una herramienta automatizada para ello complica la labor del especialista. Tras identificar las necesidades de los propios genetistas de nuestra región se han analizado diferentes herramientas, ya desarrolladas, para trabajar con Pedigrís tanto de carácter privativo como libre (Cyrillic, Progeny Clinical, GRAMPS, Madeline 2.0 PDE, GenoPro, PED, PELICAN, etc.), y ninguna de ellas integra totalmente las necesidades de los especialistas.

Para solventar esta carencia y mejorar la eficiencia en su trabajo diario de Consejo Genético, se ha desarrollado una herramienta de software libre y de escritorio, la cual:

  • Da soporte para la elaboración de los diagramas de Pedigrí de los pacientes, de manera sencilla, siendo lo más fiel posible a la notación estándar para su representación (PSWG, Pedigree Standardization Work Group) y permitiendo el estudio de varias patologías en un mismo diagrama.
  • Permite su almacenamiento y gestión, dentro del marco legal de la Ley Orgánica 15/1999, de 13 de diciembre, de protección de datos de carácter personal (LOPD), debido a los datos clínicos que se van a tratar.
  • Se ha estudiado la posibilidad de incluir algunos aspectos de análisis de Pedigrí, como el cálculo de probabilidades de que se desarrollen patologías.

Propuesta y análisis de viabilidad de un sistema automatizado de diagnóstico e investigación aplicado a la tecnología de ultra-secuenciación genética en un centro de supercomputación

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Researchers: 
  • Manuel Alfonso López Rourich. Trabajo Final de Máster universitario en investigación, Universidad de Extremadura.
Description: 

Dentro de toda la gama de experimentos de secuenciación genética que la tecnología actual permite llevar a cabo, el más utilizado por los genetistas es el de resecuenciación genética. Es en sus dos últimas fases donde la bioinformática puede ser de gran ayuda, ya que se requiere la correcta orquestación de una serie de elementos software para la obtención de información genética de alto nivel, que sea útil para el diagnóstico e investigación de enfermedades cuyo origen es genético.

Con el desarrollo de este trabajo se ha llevado a cabo un estudio de viabilidad, con el objetivo de saber:

  • La tecnologíıa necesaria para que un especialista que secuencia una muestra biológica logre obtener todos los datos requeridos para su investigación o diagnóstico.
  • La organización y los requisitos necesarios a tal efecto.
  • El coste derivado del proceso.

Desde el punto de vista del procesamiento de la información:

  • Se han analizado aquellos tratamientos de secuencias genéticas que permitan un automatismo y una mejora de la eficacia en los análisis de estas, utilizando HPC (High Performance Computing). Se ha proporcionado a los especialistas el nivel de aplicabilidad requerido para su trabajo.
  • Se ha tenido en cuenta el tratamiento personalizado que debe aplicarse a las secuencias genéticas en materia de seguridad de la información.

Desarrollo de nuevas reacciones multicomponentes de isonitrilos

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Researchers: 
Description: 

Dada la gran demanda actual de productos con finalidades biomédicas, la síntesis de compuestos bioactivos supone un reto para la investigación en química orgánica y química médica. En nuestro grupo  estamos interesados en el desarrollo de nuevas reacciones multicomponente de isonitrilos (RMCI) para la síntesis de compuestos de interés biológico.

En estas reacciones se combinan simultáneamente 3 o más reactivos con una gran eficiencia atómica, para dar lugar a un nuevo producto que incluye  la mayoría de los átomos de partida. Ejemplos clásicos de RMCI son las condensaciones de Ugi y Passerini, que han encontrado múltiples aplicaciones en la industria farmacéutica.  Estas reacciones están gobernadas por una serie de equilibrios reversibles e irreversibles, que pueden verse afectados por sutiles modificaciones en los reactivos de partida o en la condiciones de reacción.

Los métodos computacionales son una herramienta muy útil para explicar y fundamentar los resultados experimentales, así como para hacer previsiones con un alto grado de fiabilidad.

Objectives: 
  • Estudio teórico de nuevas RMCI y, en concreto, planteamos el estudio computacional de dos tipos de reacciones descubiertas en nuestro grupo de investigación: reacciones tipo Ugi con enoles y  procesos tándem de cicloadición de isonitrilos para la obtención de aminas aromáticas.
Methodology: 

El proyecto consta de una parte experimental en síntesis orgánica y una parte de cálculos computacionales. La investigación sintética se realizará en los laboratorios del grupo en Cáceres. Los cálculos computacionales se llevarán a cabo utilizando el programa Gaussian y constarán de tres etapas diferenciadas:

  • Una primera fase de estudio será la localización de los mínimos de energía, frecuencias, cargas, etc. de todos los reactivos implicados en las reacciones, así como de los productos a los que se llega.
  • En una segunda fase mucho más compleja, elaboraremos un perfil energético completo de la reacción, calculando estados de transición,  orbitales moleculares y estudiando los posibles caminos que pueden llevar a los productos.
  • En una tercera etapa racionalizaremos los datos obtenidos para un entendimiento y conexión entre los resultados experimentales y los calculados o bien, haremos uso de la información obtenida para el diseño de nuevas estrategias de síntesis.

Estas fases serán aplicadas a las distintas líneas de trabajo.
 

Propuesta y análisis de viabilidad de un servicio asistencial para la disposición de ultra-secuenciación genética en un centro de supercomputación

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Researchers: 
  • Manuel Alfonso López Rourich, CénitS-COMPUTAEX. Trabajo Final de Máster en Dirección TIC.
Description: 

Este trabajo surge del proyecto de la Fundación COMPUTAEX “Ultrasecuenciación genética mediante técnicas de supercomputación con LUSITANIA”, en donde se procesan secuencias genéticas procedentes de pacientes de la región para estudiar enfermedades hereditarias y desarrollar tratamientos médicos personalizados.

La motivación para el desarrollo del Trabajo vino dada principalmente por la capacidad de aportar valor (en forma de servicios) a ciertos sectores de la región de Extremadura, gracias al desarrollo de las tecnologías de secuenciación de siguiente generación (NGS), y con el apoyo de infraestructuras de supercomputación dadas por el supercomputador LUSITANIA.

Gracias a ello, se consiguió la capacidad de poder llevar a cabo un flujo de trabajo general que permitiera la aportación de valor a los usuarios de los servicios propuestos, por el uso de los experimentos que un secuenciador de esas características puede realizar. También se realizó un análisis de viabilidad para comprobar la posibilidad de implantar los servicios propuestos para la región.

Estudio cinético de reacciones poliatómicas mediante el método RPMD

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Researchers: 
Description: 

La cinética química estudia los cambios que se producen en un sistema reactivo con la concentración y el tiempo, lo que nos ayudará en la comprensión de su mecanismo de reacción.

Una de las líneas de investigación del grupo GCYDEX es el estudio cinético de reacciones poliatómicas. Hasta el momento se ha utilizado la Teoría del Estado de Transición Variacional para realizar dichos cálculos, pero recientemente se ha desarrollado un nuevo método, Ring Polymer Molecular Dynamics (RPMD), que presenta un comportamiento más robusto.

Sin embargo, el mayor inconveniente que presenta el método es su elevado coste computacional, pues al ser un método multidimensional se necesitan muchos procesadores (del orden de la centena).

Estirpex

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Researchers: 
Description: 

Los avances en investigación en el ámbito sanitario han sido siempre uno de los principales retos de la humanidad. Uno de los hallazgos más importantes ha sido determinar que el estudio de la secuencia de ADN permite conocer los procesos biológicos fundamentales del organismo y su funcionamiento. Hasta hace escasos años, secuenciar el ADN tenía un elevado coste económico y temporal. Ante estos problemas, surgen las tecnologías NGS, y con ellas un nuevo paradigma de secuenciación genética que permite la secuenciación del genoma o de secciones de éste a gran escala, con una importante disminución del tiempo y del coste del proceso.

La Fundación COMPUTAEX ha emprendido varios proyectos con los Hospitales Infanta Cristina de Badajoz y San Pedro de Alcántara de Cáceres, centrados en el estudio de la secuencia genética de determinados pacientes extremeños, procesadas en el centro CénitS con el supercomputador LUSITANIA. Con este proyecto se persigue ampliar las investigaciones y el trabajo ya realizado en el ámbito de la ultra-secuenciación genética y servir de repositorio piloto de información histórica que permita a los ciudadanos obtener sus árboles genealógicos, así como disponer del historial vital de sus antecesores.

Objectives: 
  • Creación de un repositorio de datos históricos y clínicos a partir de la digitalización de archivos de interés genealógico, con el fin de garantizar su conservación y para ponerlo a disposición de ciudadanos y especialistas en genética para su consulta.
  • Investigación y desarrollo de soluciones que permitan a especialistas en genética profundizar en el estudio de enfermedades hereditarias, a través de filtrado, extracción y visualización de datos genómicos de alto nivel procedentes del árbol genealógico de sus pacientes.
Methodology: 

La primera fase del proyecto ha consistido en identificar las fuentes de datos útiles para la construcción del repositorio y las implicaciones legales asociadas al tratamiento y almacenamiento de la información generada.

Para el estudio de las enfermedades hereditarias, ha sido necesario abordar con la infraestructura de CénitS las dos últimas fases del proceso de ultra-secuenciación genética:

  • Análisis primario: generación de una biblioteca de clones de secciones de interés del ADN, para obtener millones de secuencias de longitud finita denominadas lecturas.
  • Análisis secundario: alineamiento de las lecturas obtenidas en el análisis primario respecto a una secuencia de referencia de consenso.
  • Análisis terciario: detección y anotación de variaciones de la secuencia.

Además, durante la ejecución del proyecto ha sido necesario el desarrollo e implementación de varias soluciones software que apoyasen el despliegue de la plataforma de acceso a datos históricos y clínicos:

  • Base de datos de variaciones: almacena toda la información generada en el procesamiento de las lecturas de un exoma, variaciones y anotaciones.
  • Software de inserción de variaciones anotadas: traslada el contenido de los ficheros resultantes del procesado de las secuencias de exomas a la base de datos de variaciones creada para tal efecto.
  • Visor de variaciones: permite la consulta de variaciones y la aplicación de filtros para acotar la búsqueda de los resultados.

Sulfur Dioxide Capture by Ionic Liquids from a molecular point of view: A Density Functional Theory Study

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Researchers: 
Description: 

Air pollution is attracting an increasing attention through-out the world. SO2, mainly emitted from fossil-fuel combustion, is one of the main air pollutants. Besides, SO2 is also an important and useful source for many intermediates in chemical synthesis. Thus, to develop efficient techniques to control the emissions of SO2 would have a pivotal role for the use of fossil fuels from an environmental point of view. Nowadays, the most effective methods to control SO2 emissions from fossil fuel combustion are based on flue gas desulphurization (FGD) using several technologies such as water scrubbing, metal ion solution, catalytic oxidation, activated carbon adsorption, wet lime or limestone scrubbing, double alkali process, ammonia scrubbing, NH3 gas injection, and organic solvent absorption.

However, most of these methods show several problems. For example, thus methods need a large amount of water and subsequent treatment of the resultant waste, or they produce calcium sulfate, between others. One of the most interesting techniques for the capture of a concrete compound from a mixture of gases in a gas stream is selective absorption into a liquid. In this sense, ionic liquids (ILs) have received an increasing attention in the field of acid gases (for example CO2 or SO2) capture owing to their unique properties such as negligible vapor pressures, high thermal stability, wide liquid temperature ranges, and the possibility of tailoring their properties for and specific applications through the judicious combination of suitable ions.6 So far, ILs have been demonstrated to be very useful to absorb CO2 from mixed gases or flue gases with high absorption capacity and selectivity and they can be easily regenerated (see review works by Brennecke et al. and Ramdin et al., and references therein, for an analysis of the state-of-the-art for CO2 capture using ILs). Unfortunately, researches about ILs for SO2 capture are scarcer in comparison with CO2.2,3,5,6 To design new ILs with improved / concrete features for SO2 capture, or acid gases capture, in general, we need a deeper knowledge from a molecular point of view about those factors which govern absorption process and their relationship with the molecular structure. Often, the properties of this kind of systems are due to the contribution of several complex factors, which are not completely described for the quantum chemical methods. Even if, these have been prove to be a powerful tool to obtain better insights into interactions between ILs and CO2. To our knowledge, there are few works dealing with SO2 capture from a quantum chemical perspective.

Objectives: 

Therefore, this work is devoted to a predictive study of those properties related with interactions between ILs and SO2 from a molecular point of view through a quantum methodology, mainly Density Functional Theory (DFT) calculations (see 3.4 section). The obtained results will allow understanding the relationships between molecular structure and properties and proposing new ILs or modifications of those existing to obtain systems with improved features for SO2 capture.

Methodology: 

This project is devoted to obtain a depeer knowledge about the SO2 capture and its relation with the molecular structure from a quantum chemistry perspective. Most of the works about acid gases capture through DFT calculations are referred to CO2 absorption, which mostly employ B3LYP functional along Pople’s basis sets (such as 6-311+G** or 6-31+G**) in gas phase.9. About SO2 capture, theoretical works are still scarce, and most also use B3LYP functional.6, When the acid gas capture occurs through a physical sorption process (physisorption), we could classify the interaction in our system into two groups: i) ionic interactions between cation and anion forming the IL; and ii) Dispersion interaction between acid gas and ILs. Due to the nature of these interactions, the first step in the study of SO2 capture from a DFT perspective should have been to analyze the effect of the employed functional about SO2 capture related properties, such us geometries and interactions energies (between ionic pairs of the IL and absorbate and the gas and the IL). This study will allow us obtain information, between others, about the effect of the employed functional (pure, hybrid, meta-GGA, % Hartree-Fock, HF, contribution) about the calculated properties. For such purpose, the first step in this study is to choose a set of several functionals, such as: pure functional (PBE, BLYP), hybrid and meta-GGA functional with different % HF (B3LYP: 20%, PBE0: 25% and M06: 27%, M06-2X: 54%, M06-HF: 100%), range separated hybrid functional with an asymptotically %HF (LC-PBE, CAM-B3LYP, ωB97X). Due to the possible dispersion interactions between the gas and the ionic liquids, we will also use dispersion corrected functionals according the semiempirical model proposed by Grimme: PBE-D, PBE0-D, B3LYP-D, ωB97XD, which use Grimme’s D2 dispersion model.

Finally, pure HF and MP2 calculations will also carried out. The Pople’s 6-31+G** and 6-311+G** basis sets have been selected. Thus, we can also test the effect of the basis sets. Due to the high computational cost, MP2 would be done over B3LYP geometries, and obtained MP2/6-311+G** energies will be considered as reference energies. From this systematic work, we should be also able to select a suitable functional based on calculated properties and computational cost. For this purpose a set of common alkyl-imidazolium cation based ILs amply used to capture acid gases have been selected. Although this project is devoted to SO2 capture, this kind of study is also required for CO2 capture. For our calculations, our model is constituted by the anion and the cation corresponding to the IL and the absorbed molecule. At the beginning all calculation will be done in gas phase. Actually, sulfonated gases from fossil-fuel combustion are mixture of several gases besides SO2, such as CH4, H2, or N2. In this sense, obtain information about the selectivity of the ILs is also important. Therefore, the next step in our work is considered a molecule of another gas (CH4, H2, or N2) along and without SO2 to obtain information about the selectivity of a concrete ILs from a molecular point of view. So far, all proposed computational works would be due in gas-phase. However, once know the dielectric constant of a given IL (obtained from experimental measures or Molecular Dynamics Simulations carried out in our laboratory), we could also study the SO2 capture in a most realistic liquid environment through continuum solvation model (CPCM).

Unidad Interactiva 3D

Researchers: 
  • Dr. Jesús Usón Gargallo - Coordinador de proyecto.
  • Personal de las Unidades de Laparoscopia, Microcirugía, Terapia Celular, etc.
  • Mario Suárez - Especialista en Diseño y Animación 3D.
  • Daniel Peguero - Especialista en Software.
  • Pablo García Tres Palacios - Profesional de Marketing.
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Description: 

El proyecto contempla la creación de una unidad especializada en aplicaciones multimedia dirigida a un mercado constituido por los profesionales sanitarios que se forman en el CCMIJU, así como usuarios y pacientes que puedan ser objeto de las técnicas que se describen y miembros de la sociedad en general, que tengan interés en conocer de una forma sencilla el procedimiento a seguir en el tratamiento intervencionista en una patología dada.

Objectives: 
  • Crear dentro del propio CCMIJU un negocio rentable y de ámbito internacional, cuya oferta y forma de operar constituyan una empresa de referencia en el sector biosanitario y que al mismo tiempo proporcione empleo creciente conforme se vayan ampliando el número de especialidades y aplicaciones desarrolladas.
  • Se utilizarán los recursos del supercomputador LUSITANIA para disminuir los tiempos de procesado que requiere el proyecto.

Estudio teórico de la fotofísica y fotoquímica de complejos cromóforo-ciclodextrina y cromóforo-proteínas PYP y GFP

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Researchers: 
  • Manuel Ángel Aguilar Espinosa
  • Francisco Javier Olivares del Valle
  • José Carlos Corchado Martín-Romo
  • María Luz Sánchez Mendoza
  • María Elena Martín Navarro
  • Ignacio Fernández Galván
  • Aurora Muñoz Losa
  • Francisco Fernández García-Prieto
  • Rute Maria Barata Morgado
  • Samuel Frutos Puerto

Nuevas sustancias gelificantes derivadas de monosacáridos e hidrazidas derivadas de diácidos

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Researchers: 
Description: 

En este proyecto de investigación se pretende sintetizar moléculas anfífilas y bolaanfífilas de distinta geometría, fundamentalmente por reacción de aldosas con moléculas que posean las funcionalidades apropiadas; en este caso, hidrazidas derivadas de diácidos.

De la estructura de las nuevas moléculas y de la naturaleza de los fragmentos que la compongan dependerán las propiedades que van a exhibir. Estas propiedades, además de la capacidad de gelificación (hidrogeles y organogeles), pueden estar relacionadas con la capacidad de generar diversos ensamblajes moleculares a través de puentes de hidrógeno (entre restos polihidroxílicos, etc.), coordinación con iones metálicos o cationes orgánicos (por ejemplo, grupos amonio), relaciones huésped-hospedador, etc., respuesta a diversos estímulos (fotoquímicos, térmicos, electroquímicos, etc.), reconocimiento molecular de moléculas pequeñas y materiales con propiedades especiales, tales como paramagnéticos (portando radicales libres estables), sensores quimioluminiscentes y restos organometálicos.

Además, los aminopolioles de cadena larga pueden ser ligandos potenciales del ARN. También, aunque no es el objeto primordial de este trabajo, muchas de las sustancias que se van a preparar podrían mostrar capacidad como organocatalizadores.

Quantum Chemistry and Molecular Modeling

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Objectives: 
  • Estudio cuántico de las interacciones moleculares, fenómenos y  procesos reactivos y no reactivos en fase condensada, tránsitos electrónicos y espectroscopía molecular, procesos de interés biofísico y bioquímico.
  • Modelización y simulación molecular.
Methodology: 
  • Metodología y aplicaciones de la Mecánica Cuántica al estudio de procesos moleculares interactivos, sin y con absorción de radiación electromagnética.
  • Química Cuántica y Química Computacional.
  • Elaboración y desarrollo de códigos y programas computacionales.

Novel Genomic Regions associated to specific complex chromatin marks

Researchers: 
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Objectives: 
  • Detección computacional de regiones genómicas con patrones complejos en su cromatina asociada.
  • Análisis de su conservación (secuencia y vecindad) intra- e inter-especies.
  • Análisis biológico de su función usando modelos transgénicos in vivo.
Methodology: 

Los datos genómicos se descargarán de navegadores genómicos de uso libre como UCSC Genome Browser y Ensembl, en texto plano.

Estos datos se parsearán usando un lenguaje de scripts como Perl, y se analizarán globalmente usando un programa estadístico como R o MatLab. Se ejecutarán diversos algoritmos de tipo clustering, PCA, k-fold, bootstrapping, fuzzy logic.

La conservación de las secuencias candidatas será analizada usando algoritmos de uso libre como Blast o MEME.

Al final, tendremos unos candidatos fiables de regiones genómicas nuevas que serán testeadas experimentalmente.

Electromagnetic scattering from canonical and complicated objects

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Researchers: 
Description: 

Fast and accurate solutions of electromagnetics problems are extremely important for realistic simulations of electromagnetic interactions between devices and their environments including living and no nliving objects.

Examples to real-life electromagnetics problems are radiation from antennas and their adverse effects on human health, indoor and outdoor propagation, optimizations of wireless systems, visualization via lens systems for microscopy, transmission through photonic crystals and metamaterials, detection with radar systems, light scattering from red blood cells to diagnose various diseases, and electromagnetic compatibility of novel electronic devices, to name a few.

Recently, we developed very efficient parallel implementations of the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) using novel parallelization strategies for high-performance computers. The developed implementations can be employed to a variety of problems in the aforementioned areas involving metallic and dielectric three-dimensional structures discretized with hundreds of millions of unknowns.

Objectives: 
  • Our purpose is to employ this powerful electromagnetics code to analyze large-scale canonical and complicated objects with unprecedented levels of accuracy and detail.
  • These problems will have important uses both in real-life and also as a scientific demonstration of the solution of (hopefully) world's largest problems.
  • The reason we are hopeful about this goal is the fact that we have already solved extremely large problems in the past.
Methodology: 

We are using state-of-the-art fast solvers for electromagnetics problems, such as the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA). These are extremely efficient solvers, however, quite difficult to parallelize.

We have devised original and ultimately useful parallelization schemes (such as the hierarchical parallelization scheme) for the parallelization of these difficult solvers.

Química Computacional

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Objectives: 
  • Desarrollar metodologías para la simulación de procesos de reactividad química en fase gaseosa y en disolución.
  • Estudio de propiedades fisico-químicas de moléculas en fase líquida, gaseosa o en disolución.
Methodology: 

Aplicación al estudio de reacciones de interés atmosférico o biológico en fase gaseosa o condensada mediante la aplicación de metodologías cinéticas (teorías del estado de transición) y dinámicas (cálculos de trayectorias clásicas, cuasiclásicas o cuánticas, cálculos de dinámica molecular).

Para ello será necesario emplear y desarrollar programas principalmente en lenguajes Fortran y C.

Efecto del disolvente sobre la desexcitación radiante y no radiante de estados excitados en moléculas de interés biológico

Researchers: 

El grupo de investigación QCAMM (Quantum Chemistry And Molecular Modelling) del Departamento de Ingeniería Química y Física de la Universidad de Extremadura está compuesto por los siguientes investigadores:

  • Francisco Javier Olivares del Valle (Coordinador del grupo)
  • Manuel Ángel Aguilar Espinosa
  • José Carlos Corchado Martín-Romo
  • María Luz Sánchez Mendoza
  • María Elena Martín Navarro
  • Ignacio Fernández Galván
  • Aurora Muñoz Losa
  • Francisco Fernández García-Prieto
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Objectives: 
  • El principal objetivo del proyecto es el estudio teórico de la  espectroscopia y evolución temporal de estados excitados. Más  específicamente se pretende desarrollar un tratamiento teórico unificado  que permita clarificar el papel que representa el disolvente en la  desexcitación de estados excitados. Desde el punto de vista práctico se pretende abordar problemas de gran interés como son la explicación y  predicción de los espectros de emisión (fluorescencia y fosforescencia) de  moléculas en disolución o el efecto del disolvente sobre procesos fotoquímicos en moléculas de interés biológico: retinal, GFP, etc.
Methodology: 

Empleo de cálculos teóricos mecanocuánticos de alto nivel (CASSCF, CASPT2,  TD-DFT) en la descripción de estados excitados de moléculas de interés  biológico. Para ello se requiere una caracterización de los distintos  puntos críticos de las hipersuperficies de energía potencial de los estados  excitados que intervengan en la fotofísica y fotoquímica de los  cromóforos.

En una primera fase el objetivo es describir los cromóforos ya  sea en fase gas o en presencia de disolventes polares y en situación de  equilibrio, para en fases posteriores incluir el efecto de la proteína en la  que se encuentra el cromóforo o estudiar la evolución temporal de los  distintos estados electrónicos excitados.

Simulación de Procesos Químicos

Researchers: 
Undefined
Objectives: 
  • Se realiza la simulación de sistemas y procesos químicos de interés químico, biológico e industrial haciendo uso de mecánica molecular para su estudio tanto en fase gas como en disolución.
Methodology: 

Utilización de potenciales ab initio y de simulación con dinámica molecular. Construcción de curvas de energía libre.

IFMIF-EVEDA España

Researchers: 
Undefined
Objectives: 
  • Diseño y desarrollo del prototipo del acelerador de IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) llamado IFMIF-EVEDA (construyéndose en Rokkaso - Japón).
  • Desarrollo del diseño de la instalación IFMIF.
  • Colaboración en los desarrollos de los módulos del Test Cell (área de irradiación) y en el desarrollo de todo el sistema de Remote Handling.
Methodology: 

Estudio del efecto de la radiación en todos los componentes del diseño. Uso de códigos de transporte de partículas como el MCNP5 (General Monte Carlo N-Particle Transport Code) y el MCNPX (General-purpose Monte Carlo Radiation Transport Code). Códigos de activación nuclear como el ACAB (cálculo de activación y transmutación para aplicaciones nucleares) y códigos de procesado de librerías nucleares como el código NJOY (sistema de procesamiento de datos nucleares).

Consolider TECNO_FUS

Researchers: 
  • José Mª Gómez Ros. CIEMAT.
Undefined
Objectives: 
  • Consolider TECNO_FUS propone el lanzamiento de un nuevo Programa de Tecnología de Fusión en España. TECNO_FUS es un programa orientado que integra interactivamente áreas clave de la tecnología de fusión. Las actividades se articulan alrededor del desarrollo de un concepto de envoltura regeneradora y sus sistemas auxiliares "de planta".
  • Atendiendo a sus requisitos funcionales como componente: integridad estructural, blindaje de la radiación, eficiencia en la extracción de potencia y garantías de regeneración de combustible; la envoltura regeneradora es probablemente el componente más complejo desarrollado hoy por la tecnología energética. Los sistemas envoltura son clave en reactores de producción de potencia por fusión y sus desarrollos cruciales en el camino de la fusión hacia la producción energética masiva. La propuesta Consolider TECNO_FUS responde al objetivo estratégico del programa de fusión español de alcanzar capacidades de diseño de un reactor de potencia (DEMO) en la próxima década.
Methodology: 

Dentro de la tarea T1: neutrónica computacional para el diseño de envoltura regeneradora, está prevista la utilización de los códigos MCNPX y MCNP5, incluyendo una versión modificada de los mismos, para simular el transporte de radiación y analizar las propiedades neutrónicas de los diseños.

La modelización de las geometrías se realiza a partir de los diseños de CAD/CATIA utilizando las herramientas de conversión adecuadas.

QUOREX

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Researchers: 
  • Pedro Cintas Moreno (Coordinador), Martín Ávalos González, Reyes Babiano Caballero, José Luis Jiménez Requejo, Rafael Fernando Martínez Vázquez, Juan Carlos Palacios Albarrán, Abraham Rodríguez Cano. Investigadores del Grupo QUOREX. Universidad de Extremadura.
Description: 

El grupo de investigación QUOREX de Química Orgánica, catalogado tanto en la Universidad de Extremadura como en la Junta de Extremadura (FQM-007), está integrado por docentes e investigadores cuyas líneas de trabajo se encuentran financiadas a través de proyectos nacionales (Ministerio de Ciencia e Innovación) y regionales (Consejería de Economía, Comercio e Innovación).

El grupo trabaja en las siguientes líneas de investigación, en las cuáles la supercomputación es una importante herramienta:

  • Estudio de reactividad química en moléculas orgánicas, a elevado nivel teórico; en particular procesos regio-, enantio- y diastereoselectivos catalizados por complejos metálicos.
  • Diseño computacional de cápsulas oligoméricas como medios de reacción organizados, evaluando transformaciones selectivas de inclusión y reconocimiento molecular.
  • Simulación del centro activo de enzimas catalíticos. Estudio de la interacción con moléculas orgánicas pequeñas que pueden actuar como agonistas o antagonistas del enzima.
  • Modelización de las interacciones de glicolípidos y sustancias anfipáticas derivadas de carbohidratos con superficies metálicas.

Dinámica fuera del equilibrio del modelo de Heisenberg tridimensional en presencia de un campo magnético

Researchers: 
Undefined
Objectives: 
  • Simular el modelo de Heisenberg spin glass en tres dimensiones en presencia de campo magnético externo.
  • Intentar reproducir los importantes resultados experimentales de memoria y rejuvenecimiento (grupo de P. Nordblad et al.).
  • Caracterizar mediante métodos de dinámica fuera del equilibrio la existencia de transición de fase en presencia de campo magnético.
Methodology: 

Mediante métodos de Monte Carlo locales (tipo Metrópolis) simularemos sistemas tridimensionales de volumen L3. Paralelizaremos las simulaciones dividiendo la base de nuestro sistema cúbico en Nx*Ny porciones, cada una de estas porciones será simulada en un core. Por lo tanto el volumen de sistema simulado por cada core es (L/Nx)*(L/Ny)*L. Como la interacción entre espines es de muy corto alcance (solo a primeros vecinos) la única información que se deben transmitir los procesadores es la correspondiente a las fronteras de los subsistemas. En principio simularemos sistemas isótropos aunque posteriormente pretendemos introducir anisotropías siguiente la metodología de Dzyaloshinskii-Moriya.

Cálculo de la corriente de bootstrap en el Stellarator TJ-II

Researchers: 
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Objectives: 
  • El objetivo es calcular el perfil radial de la corriente de boostrap en el stellarator TJ-II. Ésta es una corriente neoclásica, paralela al campo magnético, que aparece en todos los dispositivos de confinamiento magnético de plasmas. Se forma debido a la combinación de dos efectos: atrapamiento de partículas debido a la variación en la fuerza del campo magnético y gradientes radiales de temperatura y/o densidad.
  • El control de la corriente de bootstrap podría dar lugar a la posibilidad de operación contínua en los dispositivos tokamaks. Por otra parte, en stellarators, permite un mejor control de la transformada rotacional y, por tanto, el acceso a regímenes de transporte mejorado.
  • El cálculo preciso de la bootstrap es un desafío numérico. Para ello, la Universidad Técnica de Graz (TU Graz, Austria) ha creado el nuevo código NEO-MC. Este código hará posible, por primera vez, el cáculo de la corriente de bootstrap en el stellarator TJ-II, sito en Madrid.
Methodology: 

Como efecto neoclásico que es, el cálculo de la bootstrap requiere resolver la Ecuación Cinética de Deriva (DKE, en inglés), que describe la evolución de la función de distribución de una partícula en presencia de campos magnéticos y eléctricos y de un operador de colisión que describe colisiones de pares de partículas.

Bajo la hipótesis de transporte local y difusivo, válida bajo ciertas condiciones en TJ-II, uno puede simplificar la DKE. Tras esta simplificación, los flujos de partículas son proporcionales a los gradientes de temperatura y densidad, y al campo eléctrico. La constante de proporcionalidad se llama "coeficiente de transporte".

El objetivo es calcular el coeficiente de transporte de la bootstrap en varias posiciones del dispositivo. Una vez calculado, obtener el perfil radial de la corriente será inmediato. En una posición radial dada, calcularemos el coeficiente de la bootstrap como una convolución de coeficientes monoenergéticos correspondientes a diferentes energías, calculados con el valor adecuado del campo eléctrico. Se hace, por tanto, un barrido en los parámetros colisionalidad (nu, ~10 valores logarítmicamente equiespaciados entre 1e-5 y 3e-0) y campo eléctrico normalizado (E_r, ~5 valores entre 0 y 3e-3).

El cálculo de estos coeficientes monoenergéticos se hace siguiendo las trayectorias de partículas de test en el plasma. Esto es numéricamente muy complicado, ya que los coeficientes son números muy pequeños que resultan de la resta de dos números muy grandes: uno debido a las partículas que se mueven paralelamente al campo y otro debido a las que se mueven antiparalelamente. Esto hace que, especialmente para baja colisionalidad, las barras de error sean muy grandes y haga falta muchísima estadística. Esta limitación ha hecho imposible calcular la corriente de bootstrap en TJ-II hasta ahora.

El nuevo código, NEO-MC, combina el método estándar de seguimiento de partículas de test con un algoritmo de "rediscretizión" de la distribución de partículas de test. A las partículas de test se les asigna un peso y el espacio de fases se divide en celdillas. Periódicamente, se reemplazan las partículas existentes en cada celda por una sola partícula con peso igual al peso total de éstas. Este método reduce el ruido estadístico sin introducir sesgo. El método es más eficiente cuantas más partículas de test se simulan simultáneamente, y esto lo hace adecuado para un ordenador como el Lusitania. Además, incluso con el método de rediscretización, los tiempos de CPU necesarios son muy altos.

GCYDEX. Superficies de energía potencial en sistemas poliatómicos. Estudios cinéticos y dinámicos teóricos

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Researchers: 
  • Joaquín Espinosa García (IP, UEx).
  • José C. Corchado Martín-Romo (UEx).
  • Cipriano Rangel Delgado (UEx).
  • Manuel Monge Palacios (UEx).
  • Juan de la C. García Bernáldez (UEx).
  • Alberto Cabello Sánchez (UEx).
  • José L. Bravo Trinidad (UEx).
Description: 

Nuestro campo de investigación se centra en el estudio cinético y dinámico teórico de sistemas poliatómicos en fase gaseosa, basado en el conocimiento de las superficies de energía potencial (SEP). Un reto importante en esta investigación es la evolución desde los bien estudiados sistemas átomo+diátomo a los sistemas poliatómicos.Este proyecto se desarrolla dentro del grupo de investigación GCYDEX (Grupo de Cinética y Dinámica de la Universidad de Extremadura).Las superficies de energía potencial desempeñan un papel central en la completa descripción de un sistema reactivo. Las SEP se construyen como formas funcionales describiendo los modos de tensión, flexión y torsión, y se ajustan a cálculos ab initio de estructura electrónica de alto nivel.Basados sobre estas SEP, la información cinética se obtiene usando la Teoría Variacional del Estado de Transición (VTST) con inclusión del efecto túnel mecanocuántico; mientras que la información dinámica se obtiene usando cálculos de trayectorias cuasi-clásicas (QCT).Las áreas de aplicación incluyen química de combustión y atmosférica, así como catálisis y bioquímica.

Objectives: 
  • Construir superficies de energía potencial analíticas en sistemas poliatómicos basados en cálculos ab initio de alto nivel.
  • Realizar estudios cinéticos y dinámicos de las reacciones en fase gaseosa.
Methodology: 
  • Construcción de la superficie mediante programas escritos por el grupo en Fortran.
  • La calibración de estas superficies se basa en cálculos de estructura electrónica de alto nivel.

Simulaciones girocinéticas globales de plasmas de fusión con EUTERPE

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Researchers: 
  • Edilberto Sánchez González.
  • Francisco Castejón Magaña.
  • Iván Calvo Rubio.
  • Pertenecientes a la Unidad de Teoría del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT.
Description: 

La actividad se centra en la simulación detallada de turbulencia en plasmas. Se enmarca dentro de dos proyectos financiados por el Ministerio de Ciencia e Innovación, dedicados al desarrollo de métodos cinéticos para el estudio de plasmas confinados magnéticamente, y a la investigación de la influencia de los flujos globales y su topología en el transporte de plasmas turbulentos, respectivamente.

Objectives: 
  • Estudios de validación y comparación con otros códigos similares, como TORB.
  • Estudio de inestabilidades en el stellarator TJ-II en régimen lineal.
  • Estudio del transporte de impurezas en un ambiente de turbulencia desarrollada, con flujos zonales.
  • Estudio de la topología de flujos globales de origen turbulento en plasmas.
Methodology: 

EUTERPE es un código girocinético de tipo particle-in-cell (PIC), que resuelve las ecuaciones girocinéticas discretizando la función de distribución por medio de marcadores. Se usa la aproximación delta-f para reducir el ruido numérico asociado a la discretización y los recursos computacionales necesarios. Una simulación arranca de un estado de equilibrio calculado por el código VMEC y hace evolucionar el potencial electrostático de forma autoconsistente, manteniendo fijo el campo magnético. Se usan técnicas de elementos finitos para calcular el potencial electrostático. El espacio físico se divide en secciones toroidales, cada una de las cuales es controlada por un procesador, que hace evolucionar la posición y velocidad de los marcadores en esa sección. Se usa el API Message passing Interface (MPI) para coordinar los cálculos y colectar los resultados de todos los procesadores.

Medida de dosis neutrónicas en pacientes sometidos a radioterapia

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Researchers: 
  • Juan Ignacio Lagares perteneciente a la Unidad de Aplicaciones Médicas del CIEMAT.
  • Francisco Sánchez Doblado y María Teresa Romero Expósito, del Departamente de Fisiología Médica y Biofísica/Servicio de Radiofísica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Sevilla.
  • Financiado por el Consejo de Seguridad Nuclear.
Objectives: 
  • El objeto del proyecto es la utilización de un dispositivo digital, que se sitúa en la sala de irradiación, capaz de evaluar la contribución neutrónica a las dosis equivalentes recibidas en distintos órganos del paciente durante el tratamiento. Esto permitirá, de forma operativa, la valoración del riesgo radiológico asociado a la presencia de neutrones. Este nuevo dato permitirá una mejor elección de la estrategia terapéutica, entre las posibles, para lograr disminuir la probabilidad de adquirir una nueva neoplasia por radioinducción.
  • Se ha diseñado un fantoma antropomórfico que está permitiendo obtener un conjunto de medidas en el paciente, dentro de un amplio margen de incertidumbre, al hacerle incidir haces geométricos simples y diversos tipos de tratamientos completos. El uso de maniquís de diferentes tamaños permitirá la valoración en niños y adultos. Estos experimentos cubrirán la mayoría de las situaciones clínicas comunes en los aceleradores de diversos fabricantes con energías comprendidas entre 15 y 23 MV. También se contempla la geometría de la sala de tratamiento, en términos del tamaño del bunker.
  • El estudio dosimetrico con diferentes detectores y su correlación con las medidas del dispositivo digital permitirá lograr los objetivo del proyecto. Dadas las particularidad de la dosimetría de neutrones, el estudio de los espectros neutrónicos con simulaciones Monte Carlo es fundamental para establecer correctamente las respuestas dosimetricas de los diferentes detectores y dar coherencia al grupo de medidas.
  • En resumen, el resultado esperado de este proyecto de toma de medidas de dosis neutrónicas en pacientes sometidos a radioterapia es lograr la selección óptima de las estrategias de tratamiento que reduzcan el riesgo de la radioinducción.

Solución de problemas electromagnéticos de grandes dimensiones

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Researchers: 
  • Luis Landesa y José Manuel Taboada del Departamento de Tecnología de los Computadores y de las Comunicaciones de la Universidad de Extremadura.
Objectives: 
  • Evaluar los límites del supercomputador Lusitania para la solución de grandes problemas electromagnéticos.
  • Concluir nuevas metodologías que se adapten mejor a la arquitectura de Lusitania.
  • Realización de, al menos, las fases previas de un nuevo reto mundial en computación electromagnética con 1.000 millones de incógnitas.
  • Explotación de resultados.
  • Problemas electromagnéticos relacionados con los nuevos sistemas de seguridad en automoción.
  • Estudios de compatibilidad electromagnética, interferencia electromagnética, niveles de radiación, predicción de sección radar, imágenes radar, todos ellos de gran interés en el diseño de todo tipo de vehículos y plataformas complejas.
  • Otras aplicaciones incluyen el estudio de los efectos de las radiaciones electromagnéticas en el cuerpo humano, radares de penetración, estudios avanzados en nuevos materiales y metamateriales, etc.