CIÊNCIA DE DADOS NA PREDIÇÃO DE EVOLUÇÃO DA COVID-19 EM PACIENTES VIA PLATAFORMA DIGITAL E DESENVOLVIMENTO DE NANOBIOSENSOR IN SILICO

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Schultz, Júlia Vaz
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional Universidade Franciscana
Texto Completo: http://www.tede.universidadefranciscana.edu.br:8080/handle/UFN-BDTD/1115
Resumo: The pandemic of the new coronavirus and the frequent identification of new variants of concern highlighted several weaknesses regarding the methods of containing infection, bringing with it a significant number of deaths accounted for the disease. Several studies point to the importance of identifying risk groups for the development of more severe forms of the disease, in addition to the need for strategies to prevent the collapse of the health system due to the massive number of cases. This work applied different methodologies to develop an artificial intelligence system using machine learning as a proposal for telescreening patients. In parallel, the proposal of a nanobiosensor of the coronavirus at molecular level. This study was based on public data available on the website of the Rio Grande do Sul – Brazil health department to identify trends in cases of recovery and death from coronavirus. A decision tree was built to predict the evolution of the disease from the treated data with 97% accuracy, proving to be superior to the models found in the literature. Thus, the model developed is positive for use in telescreening. In parallel, three phenolic compounds (apigenin, p-coumaric acid, and orientin) associated with three lipid structures (caprylic acid, lauric acid, oleic acid) were used as a proposal for the nanobiosensor. The interaction between the structures was theoretically studied by the ab initio computational methodology. The results show binding energies ranging from -0.16 to -2.70 eV, overlapping energy orbital bands, charge transfer between structures less than 0.2 e-, and the charge density is mostly accumulated in the phenolic compound. Thus, the interactions were stable and resulted in weak binding energies, characteristics of interaction via physical adsorption. Linked to this, the molecular docking methodology studied the interaction of the ligands with the receptor region of the spike protein binding of the coronavirus in the Delta and Ômicron variants. With binding affinity results ranging from -3.88 to -8.63 kcal/mol, all systems studied indicate an inhibitory activity of the spike protein of both variants. Thus, the results are positive for the COVID-19 nanobiosensor proposition.
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spelling Fagan, Solange BinottoMartins, Mirkos OrtizDurruthy, Michael GonzálezGomes, PatríciaSchultz, Júlia Vaz2022-10-20T18:39:06Z2022-08-29Schultz, Júlia Vaz. CIÊNCIA DE DADOS NA PREDIÇÃO DE EVOLUÇÃO DA COVID-19 EM PACIENTES VIA PLATAFORMA DIGITAL E DESENVOLVIMENTO DE NANOBIOSENSOR IN SILICO. 2022. 97f. Dissertação( Programa de Pós-Graduação em Nanociências) - Universidade Franciscana, Santa Maria - RS.http://www.tede.universidadefranciscana.edu.br:8080/handle/UFN-BDTD/1115The pandemic of the new coronavirus and the frequent identification of new variants of concern highlighted several weaknesses regarding the methods of containing infection, bringing with it a significant number of deaths accounted for the disease. Several studies point to the importance of identifying risk groups for the development of more severe forms of the disease, in addition to the need for strategies to prevent the collapse of the health system due to the massive number of cases. This work applied different methodologies to develop an artificial intelligence system using machine learning as a proposal for telescreening patients. In parallel, the proposal of a nanobiosensor of the coronavirus at molecular level. This study was based on public data available on the website of the Rio Grande do Sul – Brazil health department to identify trends in cases of recovery and death from coronavirus. A decision tree was built to predict the evolution of the disease from the treated data with 97% accuracy, proving to be superior to the models found in the literature. Thus, the model developed is positive for use in telescreening. In parallel, three phenolic compounds (apigenin, p-coumaric acid, and orientin) associated with three lipid structures (caprylic acid, lauric acid, oleic acid) were used as a proposal for the nanobiosensor. The interaction between the structures was theoretically studied by the ab initio computational methodology. The results show binding energies ranging from -0.16 to -2.70 eV, overlapping energy orbital bands, charge transfer between structures less than 0.2 e-, and the charge density is mostly accumulated in the phenolic compound. Thus, the interactions were stable and resulted in weak binding energies, characteristics of interaction via physical adsorption. Linked to this, the molecular docking methodology studied the interaction of the ligands with the receptor region of the spike protein binding of the coronavirus in the Delta and Ômicron variants. With binding affinity results ranging from -3.88 to -8.63 kcal/mol, all systems studied indicate an inhibitory activity of the spike protein of both variants. Thus, the results are positive for the COVID-19 nanobiosensor proposition.A pandemia do novo corona vírus e a frequente identificação de novas variantes de preocupação do vírus, destacou diversas fragilidades quanto aos métodos de contenção de infecção, trazendo consigo um número expressivo de mortes contabilizadas pela doença. Diversos estudos apontam a importância de se identificar grupos de risco para desenvolvimento de formas mais graves da doença, além da necessidade de estratégias de prevenção do colapso do sistema de saúde pelo massivo número de casos. Nesse trabalho, foram aplicados diferentes métodos para desenvolvimento de um sistema de inteligência artificial por aprendizado de máquina como proposta de teletriagem de pacientes, e paralelamente a proposição de um nanobiossensor do coronavírus a nível molecular. O estudo foi baseado em dados públicos disponibilizados no website da secretaria de saúde do Rio Grande do Sul para identificar tendências nos casos de recuperação e óbito por coronavírus. A árvore de decisão desenvolvida apresentou acurácia semelhante aos modelos preditivos encontrados na literatura, equivalente a 97%. Assim, o modelo desenvolvido foi positivo para utilização em teletriagem. Paralelamente, foram utilizados três compostos fenólicos (apigenina, orientina e ácido p-cumárico) associadas a três estruturas lipídicas (ácido caprílico, ácido láurico e ácido oleico) como proposta do nanobiossensor. A interação entre as estruturas foi estudada teoricamente pela metodologia computacional ab initio. Os resultados apresentam energias de ligação variando entre -0,16 a -2,70 eV, sobreposição de bandas dos orbitais de energia, transferência de carga entre as estruturas menor que 0,2 e- , e a densidade de carga se encontra majoritariamente acumulada no composto fenólico. As interações se mostraram estáveis e resultaram em energias fracas de ligação, características de interação via adsorção física. Atrelado a isso, pela metodologia de docagem molecular, estudou-se a interação com a região receptora de ligação da proteína spike do coronavírus nas variantes Delta e Ômicron. Com os resultados de afinidade de ligação variando entre -3,88 a -8,63 kcal/mol, todos os sistemas estudados apontam afinidade de ligação com a proteína spike de ambas as variantes. Assim, os resultados são positivos para a proposição de nanobiossensor da COVID-19.Submitted by Clarice Rosa Machado (clarice.machado@ufn.edu.br) on 2022-10-20T18:39:06Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_JúliaVazSchultz_SemAssinaturas.pdf: 4484899 bytes, checksum: 9cddae3b0b5751283dcef55a2775f44b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)Made available in DSpace on 2022-10-20T18:39:06Z (GMT). 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