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Un algoritmo de enumeración completa para la identificación de SCAPs y su implementación en GPUs
A full enumeration algorithm for SCAPs identication and its implementation on GPUs
Najash Marrón Guluarte
Carlos Alberto Brizuela Rodríguez
Acceso Abierto
Atribución
Ciencias computacionales
Los péptidos catiónicos anpáticosde corta longitud con actividad antimicrobiana son producidos de manera naturalpor una gran variedad de organismos como mecanismo de defensa. Debido a lacreciente resistencia a antibióticos de los microorganismos patógenos, estospéptidos han llamado la atención de manera significativa como posibles fuentesde nuevos agentes antibacteriales.  Aunque los péptidos antimicrobianosgeneralmente exhiben menor potencia contra las bacterias objetivo, encomparación con los compuestos antibióticos convencionales  de bajo peso molecular, estos muestran unaserie de ventajas compensatorias que incluye eliminación rápida, amplio rangode actividad, baja toxicidad y un mínimo desarrollo de resistencia en losorganismos objetivo.Para la identificación de los péptidoscon potencial actividad selectiva antibacterial (SCAPs) se analizan cuatro porpiedades  sicoquímicas previamente propuestas en la literatura. Debidoa que el número de secuencias a explorar crece exponencialmente en función dela longitud de la cadena de aminoácidos que se desea analizar, desarrollamos unalgoritmo paralelo de búsqueda exhaustiva que se implementa en una GPU. Esta implementaciónse logra utilizando la plataforma CUDA para generar así una alternativarentable en la solución de este problema combinatorio. El diseño propuestomejora el tiempo de ejecución de los trabajos de enumeración completaexistentes en la literatura y hasta donde tenemos conocimiento, es la primeravez que se analizan en forma exhaustiva secuencias de 5 a 10 aminoácidos variables.Los resultados muestran que aproximadamente el 1% de las secuencias evaluadasson candidatas a SCAPs, un número muy elevado si se requiere sintetizarlas paracomprobar su actividad. Este resultado sugiere que es necesario incluir unmayor número propiedades para lograr una discriminación que arroje un númeroreducido de candidatos a SCAPs que puedan ser evaluados experimentalmente
Short cationic, amphipathicpeptides with antimicrobial activity are produced by a wide variety oforganisms as a defense mechanism. The increase in antibiotic resistance inpathogenic microorganisms has drawn significant attention towards the use ofpeptides as candidates for novel antibacterial agents. Although antimicrobialpeptides (AMPs) generally exhibit lower potency against susceptible bacterialtargets compared to conventional low molecular weight antibiotic compounds,they hold several compensatory advantages including fast killing, broad rangeof activity, low toxicity, and minimal development of resistance in targetorganisms. Toidentify peptide sequences with potential selective antibacterial activity(SCAPs), four physicochemical  properties previously  proposed in the literature were analyzed.Because the number of sequences that needs to be explored grows exponentiallywith the length of the analyzed amino acid chain, we developed a parallelexhaustive search algorithm to be implemented in a GPU. Theimplementation is performed  by using  the CUDA platform to provide a cost effectivealternative to solve this combinatorial problem. The proposed algorithmimproves the running time of different complete enumeration analysis presentedin the literature, and for the first time, to the best of our knowledge,  sequences  with 5 up to 10 variable amino acids areexhaustively analyzed. Results show that approximately 1% of the evaluatedsequences are SCAPs candidates, a large number of cases if synthesis is neededto verify whether or not they have antibacterial activity; this raises the needto includemore properties in order to reduce the number of SCAPs candidates that willundergo experimental evaluation
CICESE
2014
Tesis de maestría
Español
Marrón Guluarte,N.2014.Un algoritmo de enumeración completa para la identificación de SCAPs y su implementación en GPUs.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.xiv, 125 pp.
CIENCIA DE LOS ORDENADORES
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