Artificial Neural Networks to Predict Egg-Production Traits in Commercial Laying Breeder Hens

In recent years, egg production has had an intense growth in Brazil, and Brazilian egg consumption per capita has significantly increased in the last decade. To reduce sanitary and financial risks, decisions regarding the production and health status of the flock must be made based on objective criteria. Our aim was to determine the main "input" variables for the prediction of egg production performance in commercial laying breeder flocks using an ANN model. The software NeuroShellClassifier and NeuroShell Predictor were used to build the ANN. A total of 26 egg-production traits were selected as input variables and eight as output variables. A database of 44,120 Excel cells was generated. For the training and validation of the models, 74.9% and 25.1% of the data were used, respectively. The accuracy of the ANN models was calculated and compared using the analysis of coefficient of multiple determination (R2), mean squared error (MSE), and an assessment of uniform scatter in the residual plots. The models for the outputs "weekly egg production," "weekly incubated egg,", "accumulated commercial egg," and "viability" showed an R2 greater than 0.8. Other models yielded R2 values lower than 0.8. The ANN predicts adequately eight egg-production traits in the breeders of commercial laying hens. The method is an option for data management analysis in the egg industry, providing estimates of the relative contribution of each input variable to the outputs.(AU)

Response time in the emergency services. Systematic review

The growth of the urban population raises concern about municipal public managers in the sense of providing emergency medical services (EMS) that are aligned with the needs of prehospital emergency medical care demanded by the population. The literature review aims at presenting the response time of emergency medical services in several parts of the world and discussing some factors that interfere in the result of this indicator such as GDP (Gross Domestic Product) percentage spent on health and life expectancy of countries. The study will also show that in some of the consulted articles, authors suggest to EMS recommendations for decreasing the response time using simulations, heuristics and metaheuristics. Response time is a basic indicator of emergency medical services, in such a way that researchers use the descriptive statistics to evaluate this parameter. Europe and the USA outstand in the publication of studies that present this information. Some articles use stochastic and mathematical methods to suggest models that simulate scenarios of response time reduction and suggest such proposals to the local EMS. Countries in which the response time was identified have a high index of human development and life expectancy between 74.7 and 83.7 years.(AU)

Mathematical modelling of vector-borne diseases and insecticide resistance evolution

Abstract Background: Vector-borne diseases are important public health issues and, consequently, in silico models that simulate them can be useful. The susceptible-infected-recovered (SIR) model simulates the population dynamics of an epidemic and can be easily adapted to vector-borne diseases, whereas the Hardy-Weinberg model simulates allele frequencies and can be used to study insecticide resistance evolution. The aim of the present study is to develop a coupled system that unifies both models, therefore enabling the analysis of the effects of vector population genetics on the population dynamics of an epidemic. Methods: Our model consists of an ordinary differential equation system. We considered the populations of susceptible, infected and recovered humans, as well as susceptible and infected vectors. Concerning these vectors, we considered a pair of alleles, with complete dominance interaction that determined the rate of mortality induced by insecticides. Thus, we were able to separate the vectors according to the genotype. We performed three numerical simulations of the model. In simulation one, both alleles conferred the same mortality rate values, therefore there was no resistant strain. In simulations two and three, the recessive and dominant alleles, respectively, conferred a lower mortality. Results: Our numerical results show that the genetic composition of the vector population affects the dynamics of human diseases. We found that the absolute number of vectors and the proportion of infected vectors are smaller when there is no resistant strain, whilst the ratio of infected people is larger in the presence of insecticide-resistant vectors. The dynamics observed for infected humans in all simulations has a very similar shape to real epidemiological data. Conclusion: The population genetics of vectors can affect epidemiological dynamics, and the presence of insecticide-resistant strains can increase the number of infected people. Based on the present results, the model is a basis for development of other models and for investigating population dynamics.

Mathematical modelling of vector-borne diseases and insecticide resistance evolution

Background: Vector-borne diseases are important public health issues and, consequently, in silico models that simulate them can be useful. The susceptible-infected-recovered (SIR) model simulates the population dynamics of an epidemic and can be easily adapted to vector-borne diseases, whereas the Hardy-Weinberg model simulates allele frequencies and can be used to study insecticide resistance evolution. The aim of the present study is to develop a coupled system that unifies both models, therefore enabling the analysis of the effects of vector population genetics on the population dynamics of an epidemic. Methods: Our model consists of an ordinary differential equation system. We considered the populations of susceptible, infected and recovered humans, as well as susceptible and infected vectors. Concerning these vectors, we considered a pair of alleles, with complete dominance interaction that determined the rate of mortality induced by insecticides. Thus, we were able to separate the vectors according to the genotype. We performed three numerical simulations of the model. In simulation one, both alleles conferred the same mortality rate values, therefore there was no resistant strain. In simulations two and three, the recessive and dominant alleles, respectively, conferred a lower mortality. Results: Our numerical results show that the genetic composition of the vector population affects the dynamics of human diseases. We found that the absolute number of vectors and the proportion of infected vectors are smaller when there is no resistant strain, whilst the ratio of infected people is larger in the presence of insecticide-resistant vectors. The dynamics observed for infected humans in all simulations has a very similar shape to real epidemiological data. Conclusion: The population genetics of vectors can affect epidemiological dynamics, and the presence of insecticide-resistant strains can increase the number of infected people. Based on the present results, the model is a basis for development of other models and for investigating population dynamics.(AU)

Mathematical modelling of vector-borne diseases and insecticide resistance evolution

Vector-borne diseases are important public health issues and, consequently, in silico models that simulate them can be useful. The susceptible-infected-recovered (SIR) model simulates the population dynamics of an epidemic and can be easily adapted to vector-borne diseases, whereas the Hardy-Weinberg model simulates allele frequencies and can be used to study insecticide resistance evolution. The aim of the present study is to develop a coupled system that unifies both models, therefore enabling the analysis of the effects of vector population genetics on the population dynamics of an epidemic. Methods: Our model consists of an ordinary differential equation system. We considered the populations of susceptible, infected and recovered humans, as well as susceptible and infected vectors. Concerning these vectors, we considered a pair of alleles, with complete dominance interaction that determined the rate of mortality induced by insecticides. Thus, we were able to separate the vectors according to the genotype. We performed three numerical simulations of the model. In simulation one, both alleles conferred the same mortality rate values, therefore there was no resistant strain. In simulations two and three, the recessive and dominant alleles, respectively, conferred a lower mortality. Results: Our numerical results show that the genetic composition of the vector population affects the dynamics of human diseases. We found that the absolute number of vectors and the proportion of infected vectors are smaller when there is no resistant strain, whilst the ratio of infected people is larger in the presence of insecticide-resistant vectors. The dynamics observed for infected humans in all simulations has a very similar shape to real epidemiological data. Conclusion: The population genetics of vectors can affect epidemiological dynamics, and the presence of insecticide-resistant strains can increase the number of infected people. Based on the present results, the model is a basis for development of other models and for investigating population dynamics.(AU)

Padrões espaciais de abundância de populações: uma revisão de predições e modelos teóricos em ecologia e biogeografia / Spatial patterns of population abundance: A review of predictions and theoretical models in ecology and biogeography

Ao longo da história da ecologia, predições e modelos teóricos sobre mecanismos estruturadores dos padrões demográficos populacionais se intensificaram. Inicialmente, os modelos descreviam a trajetória de populações considerando unicamente parâmetros demográficos locais. Modelos posteriores demonstraram que a configuração do espaço e as taxas de dispersão são fatores determinantes para compreender padrões de distribuição e abundância. Consequentemente, modelos espacialmente explícitos vêm sendo desenvolvidos e aprimorados, sendo eles analíticos ou simulações computacionais. Como as espécies não se dispersam infinitamente, estudos tentaram desenvolver predições sobre o que determina o limite de distribuição geográfica e quais padrões de distribuição de abundância são esperados ao longo da distribuição geográfica de uma espécie. Testes empíricos podem aprimorar a compreensão da dinâmica populacional (temporal e espacial) e validar as predições a respeito da distribuição geográfica das espécies.

The search for mechanisms influencing demographic patterns has continuously increased. Early models described the trajectory of closed populations considering only local demographic parameters. Later models demonstrated that the spatial configuration and dispersal rates are key factors for understanding patterns of distribution and abundance. As a result, spatially-explicit models have been developed using either analytical or computer simulations. Here, I investigated the model predictions to understand the determinants of range boundaries and distribution patterns and abundance patterns throughout species ranges. Empirical studies are crucial to a more accurate understanding of population dynamics along space and time to validate model predictions about the geographic distribution of species.

Padrões espaciais de abundância de populações: uma revisão de predições e modelos teóricos em ecologia e biogeografia / Spatial patterns of population abundance: A review of predictions and theoretical models in ecology and biogeography

Ao longo da história da ecologia, predições e modelos teóricos sobre mecanismos estruturadores dos padrões demográficos populacionais se intensificaram. Inicialmente, os modelos descreviam a trajetória de populações considerando unicamente parâmetros demográficos locais. Modelos posteriores demonstraram que a configuração do espaço e as taxas de dispersão são fatores determinantes para compreender padrões de distribuição e abundância. Consequentemente, modelos espacialmente explícitos vêm sendo desenvolvidos e aprimorados, sendo eles analíticos ou simulações computacionais. Como as espécies não se dispersam infinitamente, estudos tentaram desenvolver predições sobre o que determina o limite de distribuição geográfica e quais padrões de distribuição de abundância são esperados ao longo da distribuição geográfica de uma espécie. Testes empíricos podem aprimorar a compreensão da dinâmica populacional (temporal e espacial) e validar as predições a respeito da distribuição geográfica das espécies. (AU)

The search for mechanisms influencing demographic patterns has continuously increased. Early models described the trajectory of closed populations considering only local demographic parameters. Later models demonstrated that the spatial configuration and dispersal rates are key factors for understanding patterns of distribution and abundance. As a result, spatially-explicit models have been developed using either analytical or computer simulations. Here, I investigated the model predictions to understand the determinants of range boundaries and distribution patterns and abundance patterns throughout species ranges. Empirical studies are crucial to a more accurate understanding of population dynamics along space and time to validate model predictions about the geographic distribution of species. (AU)

Desempenho agronômico e análise econômica de sistemas biossalinos e modelagem do acúmulo de biomassa da palma forrageira

O objetivou deste trabalho foi o de analisar as respostas morfo-produtivas, a composição química e o retorno econômico da palma forrageira sob sistemas biossalinos com diferentes lâminas de água salobra e doses de adubo orgânico e a aplicabilidade do software PHYGROW na simulação do acúmulo de forragem pela cultura em condições de sequeiro no Submédio do São Francisco-PE. O estudo foi conduzido no município de Petrolina, PE, durante o período de 2017 a 2019, no qual foram avaliadas as características morfológicas, produtividade e composição química para a palma forrageira sob quatro lâminas de água salobra (12,5; 25; 37,5 e 50% de evapotranspiração de referência (ETo)), mais a condição de sequeiro (0% ETo), e quatro níveis de adubo orgânico (AO) (0; 15; 30 e 45 t ha-1) com dois cortes ( 12 meses e 6 meses após o primeiro) em um ciclo de 18 meses. O delineamento em blocos casualizados foi adotado e eles foram distribuídos em arranjo fatorial 5 x 4, com quatro repetições. Foram avaliadas a produtividade, composição química e características morfológicas da palma forrageira O retorno econômico foi calculado para todos os tratamentos. A análise de componentes principais foi aplicada aos dados das variáveis morfológicas (número total de cladódios NTC e altura da planta AP) e produção de forragem (produtividade de matéria verde PMV e seca PMS e teor de matéria seca). A interação do fator lâmina de água salobra com o fator adubo orgânico afetou a composição química da palma. O uso de AO aumentou a produtividade de matéria verde (PMV) e seca (PMS) em 3,61 e 0,41 t ha-1 para cada tonelada de AO distribuída. E na viabilidade observou-se que a palma destinada ao plantio apresentou maior rentabilidade ao produtor. No segundo estudo, foram realizadas simulações no PHYGROW com a construção de um modelo de predição e ajuste da produtividade da palma OEM, no Sertão pernambucano. A partir dos dados de produtividade de matéria verde PMV foi calibrado e validado o modelo. A eficiência do ajuste do modelo possibilita segurança ao produtor pela oferta mínima de forragem com garantia de 95%, uma produção de 1.750 Kg MS ha-1 em área com densidade de 16.000 plantas ha-1. Assim, conclui-se que a utilização de estratégias para a produção de forragens é essencial para o sertão pernambucano, onde se destaca a importância do incremento de adubo orgânico em até 45 toneladas por hectare para potencializar a produção, a eficiência no uso da água e a melhora da composição químico-bromatológica da palma forrageira cultivada em sistemas biossalinos no Semiárido. O uso de ferramentas matemáticas é importante para auxiliar na tomada de decisões do produtor, pois o modelo foi capaz de simular com precisão o acúmulo de forragem da palma forrageira simulado e observado em campo.

The objective was to analyze the morpho-productive responses, chemical composition and economic return of forage cactus under biosaline systems with different brackish water depths and doses of organic fertilizer, and the applicability of the PHYGROW software in simulating forage accumulation by the crop in rainfed conditions in the Submédio do São Francisco-PE. The study was conducted in the municipality of Petrolina, PE, from 2017 to 2019, where the morphological characteristics, productivity and chemical composition were evaluated for forage cactus under four brackish water sheets (12.5; 25; 37.5 and 50% reference evapotranspiration (ETo)), plus dryland condition (0% ETo), and four levels of organic fertilizer (OF) (0, 15, 30 and 45 t ha-1) with two cuts (12 months and 6 months after the first) in an 18 month cycle. A randomized block design was adopted, distributed in a 5 x 4 factorial arrangement, with four replications. The productivity, chemical composition and morphological characteristics of forage cactus were evaluated. The economic return was calculated for all treatments. Principal component analysis was applied to data on morphological variables (total number of cladodes NTC and plant height AP) and forage production (green matter productivity PMV and dry matter PMS and dry matter content). The interaction of the brackish water layer factor with the organic fertilizer factor affected the chemical composition of the palm. The use of OF increased the productivity of fresh matter (FMP) and dry matter (DMP) by 3.61 and 0.41 t ha-1 for each ton of OF distributed. And in terms of viability, it was observed that the palm intended for planting presented greater profitability to the producer. In the second study, simulations were performed in PHYGROW with the construction of a model to predict and adjust the productivity of the OEM palm, in the Sertão region of Pernambuco. From the green matter productivity data FMP, the model was calibrated and validated. The efficiency of the model adjustment provides security to the producer through the minimum forage offer with a 95% guarantee, a production of 1,750 kg DM ha-1 in an area with a density of 16,000 plants ha-1. Thus, it is concluded that the use of forage production strategies are essential for the Pernambuco hinterland, which highlights the importance of increasing organic fertilizer by up to 45 tons per hectare to enhance production, water use efficiency and improves the chemical-bromatological composition of forage cactus cultivated in biosaline systems in the semiarid region. The use of mathematical tools is important to assist in the producer's decision making, as the model was able to accurately simulate the accumulation of forage of the forage cactus simulated and observed in the field.

Modelagem matemática e análise econômica de estratégias de controle para brucelose bovina

A brucelose é uma das zoonoses mais difundidas por todo o mundo, ocasionando impactos econômicos importantes e se provando como uma doença de difícil erradicação. A viabilidade econômica é um fator importante na adoção de medidas sanitárias, sendo assim, através da aplicação de um modelo matemático, associado à composição de indicadores econômicos, este trabalho avaliou a eficiência da vacinação e do teste e abate, representados através da cobertura vacinal e eficiência de detecção do sistema de vigilância, como medidas de controle da brucelose bovina em três estados brasileiros: Mato Grosso, Rio Grande do Sul e São Paulo. A vacinação se mostrou uma ferramenta muito eficiênte no estado do Mato Grosso, onde obteve uma relação benefício custo de 9,6, porém, devido à baixa prevalência inical a relação benefício custo da mesma medida no Rio Grande do Sul foi de 0,5, onde a manutenção de altas coberturas vacinais apresentou prejuízo econômico. A eficiência econômica da erradicação através do teste e abate se mostrou diretamente relacionada à eficiência do sistema de vigilância na deteção de animais infectados. No Mato Grosso o cenário com maior eficiência do sistema de vigilância e a retirada precoce da vacinação resultou no maior valor presente líquido, R$ 3,95 bilhões, contrastando diretamente com o cenário mais pessimista, que resultou em R$ 2,93 bilhões. Devido à baixa prevalência inicial, no estado do Rio Grande do Sul só houve lucro no controle da doença nas simulações onde se inicia imediatamente o teste e abate com um sistema de vigilância eficiente. Concluiu-se que havendo capacidade do sistema de vigilância a adoção do teste e abate é o cenário onde há maior lucro e não havendo uma vigilância capaz de detectar animais infectados com eficiência a manutenção da vacinação é a medida que obtem os menores prejuízos.

Brucellosis is one of the most widespread zoonosis worldwide, causing important economic impacts and proving to be a disease that is difficult to eradicate. Economic viability is an important factor in adhering to sanitary measures, so, through the application of a mathematical model, associated with the composition of economic indicators, this work evaluated the efficiency of vaccination and test and slaughter, represented through vaccination coverage and detection efficiency of the surveillance system, as measures to control bovine brucellosis in three Brazilian states: Mato Grosso, Rio Grande do Sul and São Paulo. Vaccination proved to be a very efficient tool in the state of Mato Grosso, where it obtained a cost-benefit ratio of 9.6, however, due to the low initial prevalence, the cost-benefit ratio of the same measure in Rio Grande do Sul was 0.5, where the maintenance of high vaccine coverage presented economic loss. The economic efficiency of eradication through test and slaughter was directly related to the efficiency of the surveillance system in detecting infected animals. In Mato Grosso, the scenario with the highest efficiency of the surveillance system and the early withdrawal of vaccination resulted in the highest net present value, R$ 3.95 billion, in direct contrast to the more pessimistic scenario, which resulted in R$ 2.93 billion. Due to the low initial prevalence, in the state of Rio Grande do Sul there was only profit in the control of the disease in the simulations where the test and slaughter immediately begin with an efficient surveillance system. It was concluded that with the high capacity of the surveillance system, the adoption of the test and slaughter is the scenario where there is greater profit and without surveillance capable of detecting infected animals efficiently, the maintenance of vaccination is the measure that obtains the least losses.

EFEITO DE PULSOS ELÉTRICOS EM CÉLULAS ETA PANCREÁTICAS IN SILICO E DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA EXPERIMENTAL PARA APLICAÇÃO DE BAIXAS VOLTAGENS EM ILHOTAS DE LANGERHANS DE RATOS IN VITRO

Estudos sobre a influência da exposição a campos elétricos e magnéticos em ilhotas pancreáticas ainda são escassos e controversos, sendo difícil comparar os estudos existentes devido aos diferentes métodos de pesquisa empregados. Neste trabalho, simulações computacionais foram usadas para estudar os padrões de burst durante a exposição de células pancreáticas a pulsos de voltagens constantes. Os resultados in silico mostram que os padrões de burst nas células pancreáticas são dependentes da voltagem externa aplicada e que algumas voltagens podem até inibir esse fenômeno. Foi mostrado nesses experimentos in silico existir voltagens críticas, como 2,16 mV, em que ocorre mudança da forma do burst de uma fase de oscilação média para uma fase de oscilação lenta. Enquanto numa voltagem de 3,5 mV ocorre uma transição no burst da fase de oscilação lenta para a rápida. Voltagens superiores a 3,5 mV em nossas simulações levaram a um padrão com ausência dos bursts, o que indica inibição no processo de secreção de insulina. Esses resultados são reforçados pela análise do espaço de fase, que apresenta um mapa de estados ou variáveis de equações diferenciais de um modelo dinâmico matemático. Para testar os resultados obtidos in vitro foi realizado, com o auxílio da plataforma Arduino, modificações num gerador de pulsos elétricos de código aberto, visando à aplicação de pulsos constantes de baixas voltagens em ilhotas de Langerhans.

Studies on the influence of exposure to electric and magnetic fields on pancreatic islets are still scarce and controversial, and it is difficult to compare existing studies because of the different research methods employed. In this work, computational simulations were used to study burst patterns during exposure of pancreatic cells to pulses of constant voltages. The in silico results show that the burst patterns in pancreatic cells are dependent on the external voltage applied and that some voltages may even inhibit this phenomenon. It was shown in these in silico experiments that there are critical voltages, such as 2.16 mv, in which the burst shape changes from a medium oscillation phase to a slow oscillation phase. While at a voltage of 3.5 mv a transition occurs in the burst from the slow-to-rapid oscillation phase. Voltages greater than 3.5 mv in our simulations led to a pattern with absence of bursts, indicating inhibition in the insulin secretion process. These results are reinforced by phase space analysis, which presents a state map or differential equation system variables of a mathematical dynamic model. In order to test the results obtained in vitro, an open-source electrical pulse generator was developed with the aid of the arduino platform, aiming at the application of low voltages constant pulses in the islets of Langerhans.

Application of fuzzy logic on correlation between piglets surface temperature and thermal comfort for Piracicaba / Aplicação da lógica fuzzy na correlação entre temperatura superficial de suínos em fase de creche e conforto térmico para região de Piracicaba

The constant influence of the human-being in animal management activities, besides increasing the cost of production, becomes a source of animal stress; which generates the most important signs of the process, acting as a bio-sensor that needs to be measured in a continuous and direct way. From the many available options to obtain an animal temperature parameter, the measurement of external temperature proves to be a less invasive method. Fuzzy system, based on fuzzy logic, works with inaccurate information and converts them into a mathematical language with easy computational implementation. Therefore, this work aims to use fuzzy logic as a tool for assessing the degree of swine thermal comfort, using variables data entry related to the environment and the animal. For this purpose, a simulation using Microsoft Excel software was performed with the possible environmental conditions of the region of Piracicaba (Dry Bulb Temperature - Ts and Relative Humidity - UR), interacting with the local altitude (z) and potential tympanic piglets temperatures (TiF) using equations 1 and 2 adapted from Mostaço (2014). After performing the simulations, Rectal Temperature (TR) and respiratory frequency (FR) data obtained were crossed with FR, TR and critical temperatures for condition of thermal comfort of piglets (5th to 8th week) values, proposed by Mostaço (2014) through the fuzzy logical t

O artigo não apresenta resumo em português.

Valores críticos de densidade do solo avaliados por condições de contorno / Critical values of soil bulk density evaluated by boundary conditions

A associação irregular entre produção das culturas e densidade do solo () dificulta a aplicação da para diagnóstico e manejo da compactação do solo. Com o objetivo de analisar esta problemática, este trabalho apresenta um procedimento matemático de simulação de limites de por demanda hídrica e a dinâmica da resistência do solo à penetração (R) em função do tempo (t) de extração de água por evapotranspiração (E) da camada de solo ocupada pelo sistema radicular (L). Parâmetros de curvas de R e de retenção de água de um Latossolo foram utilizados nas simulações de e R para diferentes condições de E, t e L. A variou inversamente proporcional à E e t e diretamente proporcional à L. A equação para cálculo da possibilitou, também, calcular a densidade crítica (c) obtida com o intervalo hídrico ótimo. Simulações para até seis dias de extração de água (t=6) de camadas de solo L com igual à c para o solo deste estudo (1340kg m-3) indicam que a R máxima pode aumentar de 2 para 8 MPa, dependendo das condições de E (de 0,002 a 0,006m d-1) e L (de 0,2 a 0,6m). Baixos valores de R obtidos quando a E é pequena e L é grande caracterizam condições em que plantas podem produzir normalmente, mesmo que a seja igual a c.(AU)

The irregular association between crop production and soil bulk density () weakens the application of for diagnosis and management of soil compaction. With the aim of evaluating this problem, this study introduce a mathematical procedure to simulate limits of for water demand and soil penetration resistance (R) dynamic as a function of the time (t) of water extraction by crop evapotranspiration (E) of the soil layer explored by plant roots (L). Parameters of both penetration resistance and water retention curves of an Oxisol were used in the simulations of and R for different conditions of E, t and L. The varied inversely proportional to E and t and directly proportional to L. The equation of also allows calculating the critical bulk density (c) calculated with the least limit water range (LLWR). Simulations done for up to six days of water extraction (t=6) in soil layers L with c from the LLWR for the Oxisol (1340kg m-3) indicate that the maximum R may increase from 2 to 8MPa, depending upon the E (0.002 to 0.006m d-1 ) and L (0.2 to 0.6m) conditions. Low values of R obtained when the E is small and L is large characterize conditions for normal crops production even the is equal to the c.(AU)

MODELAGEM ECOSSISTÊMICA DE RESERVATÓRIOS DO SEMIÁRIDO BRASILEIRO E DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DA CRIAÇÃO DE TILÁPIA-DO-NILO EM TANQUES-REDE

A modelagem matemática é uma ferramenta importante no entendimento da estrutura e funcionamento de ambientes aquáticos, permitindo estimar e simular a magnitude dos impactos que atividades como piscicultura tem sobre os ambientes aquáticos e a produção pesqueira. O objetivo deste estudo foi estimar os fluxos de energia nas teias tróficas dos reservatórios Santa Cruz e Umari, simular os impactos da criação de tilápia-do-Nilo em tanques-rede sobre as comunidades bióticas e suas interferências na atividade de pesca; além de determinar a capacidade suporte para a piscicultura em ambos os reservatórios. Para tanto foram utilizados dois modelos: um modelo de balanço de massa de fósforo para estimativa das concentrações de fósforo na água dos reservatórios; um modelo Ecopath with Ecosim para estimativa dos fluxos energéticos nas teias tróficas, propriedades ecossistêmicas e simulação da influência dos tanques-rede na atividade de pesca dos reservatórios. Foram feitas coletas durante três anos, de 2012 a 2014, em ambos os reservatórios, para o cálculo das biomassas das comunidades aquáticas (plâncton, macrófitas, bentos, peixes), e para a determinação das concentrações de nutrientes na água. Informações quantitativas sobre a atividade de pesca e de piscicultura também foram coletadas. Os resultados indicam que Umari possui uma maior capacidade suporte do que Santa Cruz, principalmente devido a menor emissão de fósforo para o reservatório, de modo que Umari poderia receber uma maior produção de tilápias em tanques-rede. As teias tróficas de ambos os reservatórios foram baseadas em detritos, sendo a principal fonte de energia para as comunidades aquáticas. Ambos os reservatórios foram considerados ambientes imaturos, com baixa estabilidade, entretanto, o acúmulo de detritos nestes ambientes pode representar um estoque de energia a ser usado durante perturbações. Nas simulações todas as comunidades aquáticas se beneficiaram do aporte de nutrientes da piscicultura, aumentando suas populações. Com a simulação do aumento da produção aquícola foi evidenciado o aumento das capturas por pesca das principais espécies de interesse comercial.

Mathematical modeling is an important tool in understanding the structure and functioning of aquatic environments, allowing to estimate and simulate the magnitude of the impacts that activities such as fish farming have on aquatic environments and fisheries. This study aimed to estimate the energy fluxes in the food webs of Santa Cruz and Umari reservoirs, simulate the impacts of the Nile tilapia farming in net cages on the biotic communities and their interferences in the fishing activity; in addition to determining the carrying capacity for fish farming in both reservoirs. Two models were used: a phosphorus mass balance model to estimate the concentrations of phosphorus in the water of the reservoirs; an Ecopath with Ecosim model for estimating the energy fluxes in the food webs, ecosystem properties and simulation of the influence of the net cages on the fishing activity of each reservoir. Data were collected for three years from 2012 to 2014 in both reservoirs to calculate the biomass of aquatic communities (plankton, macrophytes, benthos, fish) and to determine nutrient concentrations in water. Quantitative information on fishing and fish farming activity was also collected. The results indicate that Umari has a higher carrying capacity than Santa Cruz, mainly by the lower emission of phosphorus to the reservoir, so that Umari could receive a larger production of tilapia in net cages. The food webs of both reservoirs were based on detritus, being the main source of energy for aquatic communities. Both reservoirs were considered immature environments with low stability, however, the accumulation of detritus in these environments may represent a energy stock to be used during disturbances. In the simulations, all aquatic communities benefited from the nutrient supply from the fish farming, increasing their populations. With the simulation of the increase of the aquaculture production it was evidenced the increase in the catches by fishing of the main commercial species.

Modeling and stochastic simulation to study the dynamics of Rickettsia rickettsii in populations of Hydrochoerus hydrochaeris and Amblyomma sculptum in the State of São Paulo, Brazil

Existe um grande número de agentes patogênicos com ciclos de transmissão complexos, envolvendo hospedeiros amplificadores, vetores e condições ambientais particulares. Esses sistemas complexos apresentam desafios quanto a modelagem e desenvolvimento de políticas públicas. A Febre Maculosa Brasileira (FMB) é a doença transmitida por carrapatos mais letal do mundo e é um claro exemplo de um sistema complexo. O aumento atual de casos humanos de BSF tem sido associado à presença e expansão de capivaras Hydrochoerus hydrochaeris, hospedeiros amplificadores do agente Rickettsia rickettsii e hospedeiros primários do carrapato vetor Amblyomma sculptum. O objetivo desta tese foi analisar a dinâmica da FMB com o propósito de fornecer bases para o delineamento de estratégias de prevenção de casos em humanos. Diferentes abordagens foram propostas para avaliar: i) a contribuição específica de hospedeiros e vetores na transmissão da FMB, ii) os parâmetros antropogênicos associados com a ocorrência dos casos e potenciais áreas de risco, iii) o padrão e a velocidade de propagação espacial e da doença, e iv) os fatores climáticos e paisagísticos que poderiam estar relacionados à distribuição do vetor. Os modelos propostos elucidaram que as estratégias de controle e prevenção da FMB podem estar focadas em práticas de manejo das populações de hospedeiros amplificadores. Uma vez que uma associação positiva entre ocorrência de casos humanos e o incremento de cultura de cana-de-açúcar foi determinada, assim como uma maior velocidade de propagação da FMB em locais com alta quantidade desta cultura, barreiras geográficas geradas, por exemplo, por zonas de reflorestamento ciliar, poderiam impedir a disseminação da FMB. Esta tese foi interdisciplinar e exigiu, por um lado, conhecimentos em biologia, epidemiologia computacional, matemática e estatística e, em contrapartida, um ambiente rico em dados biológicos como o Laboratório de Parasitologia do VPS/USP. Os resultados desta tese poderão ser utilizados na planificação de políticas de saúde pública enfocadas à prevenção da FMB. Complementarmente, este trabalho abrirá o caminho para futuros estudos matemáticos e computacionais orientados no estudo da dinâmica e prevenção de outras doenças infecciosas transmitidas por vetores. Amblyomma sculptum; Brazilian spotted fever; Computational simulations; Spatial analysis; Stochastic modeling;

There are a huge number of pathogens with multi-component transmission cycles, involving ampli_er hosts, vectors, complex pathogen life cycles and particular environmental conditions. These complex systems present challenges in terms of modeling and policy development. The deadliest tick-borne infectious disease in the world, the Brazilian Spotted Fever (BSF), is a relevant example of that. The current increase of human cases of BSF has been associated with the presence and expansion of capybaras Hydrochoerus hydrochaeris, amplifer host for the agent Rickettsia rickettsii and primary host for the tick vector Amblyomma sculptum. The objective of this thesis was to analyze the dynamics of the FMB with the purpose of providing bases for the planning of strategies focused on the prevention of human cases. We proposed diferent approaches to evaluating: i) the contribution of hosts and vectors in the transmission of BSF, ii) potential risk areas and anthropogenic parameters associated with the occurrence of human cases, iii) the pattern and the spatial propagation velocity of BSF, and iv) climatic and landscape factors that could be related to the distribution of the vector. The proposed approaches elucidated how BSF control and prevention strategies can be focused on the management of amplifier hosts populations. We found that geographical barriers generated, for example, by areas of riparian reforestation, could prevent the spatial spread of BSF, since a positive association between the occurrence of human cases and the increment of sugarcane crop was determined, as well as a higher propagation velocity of BSF in places with higher carrying capacity. This thesis was interdisciplinary and required, on one hand, expertise in biology, computational epidemiology, mathematics and statistics and on the other hand, a datarich environment such as the Laboratory of Parasitology of the VPS/FMVZ/USP. The results of this thesis can be usefulness in the planning of public health policies related to the prevention of BSF. Furthermore, this work will open the path to further mathematical and computational studies focused on the dynamics and prevention of other vector-borne infectious diseases.

MODELAGEM MATEMÁTICA DA DINÂMICA RENAL PÓS-OPERATÓRIA FRENTE AOS DISTINTOS PROTOCOLOS ANTI-INFLAMATÓRIOS EM CÃES.

Os anti-inflamatórios não esteroidais (AINEs) são a classe de medicamentos mais comumente utilizada na rotina clínica e cirúrgica de animais de companhia. Além de reduzirem a inflamação, possuem propriedades analgésicas e antipiréticas. O uso indiscriminado e a exposição acidental aos AINEs associados com a hipotensão gerada pela anestesia geral são situações que podem contribuir para o surgimento de lesões renais agudas e isquêmicas. Desta forma, o presente trabalho objetivou o emprego de modelagem matemática baseada na Lógica Fuzzy para análise do comportamento renal em cadelas submetidas a cirurgias eletivas e tratadas com anti-inflamatórios apresentando diferente seletividade de ação de inibição das Cicloxigenases. O emprego da Lógica Fuzzy surge como alternativa para resolver incertezas que não conseguem ser expressas prelos modelos matemáticos existentes, minimizando possíveis erros ao modelar o comportamento de cada indivíduo envolvido no processo, realizando uma análise mais precisa e fiel a realidade, não descartando as subjetividades de cada animal, sendo para a medicina veterinária uma ferramenta para pesquisadores e especialistas no desenvolvimento de um diagnóstico adequado. O estudo ocorreu no Hospital Veterinário da Unijuí. Para o desenvolvimento desse projeto foram utilizados três grupos (10 animais cada) de cães, fêmeas, hígidas, submetidas à Ovariohisterectomia eletiva e tratadas durante três dias (no dia do procedimento cirúrgico e dois dias pós-cirúrgico) à base de AINEs. Durante o período experimental, foram realizadas análises laboratoriais para a detecção de injúria renal, bem como provas de função renal (ureia, creatinina, gama-glutamil-transpeptidase urinária e urinálise). Posteriormente a coleta dos dados realizou-se a modelagem matemática, partindo dos resultados obtidos para avaliar o dano renal em relação ao medicamento através da Cicloxigenase. Através do uso da análise de variância e do teste de médias constatou-se que para os diferentes protocolos AINES ocorreu pouca variação entre si, apresentando maior variação apenas da variável Ureia Sérica, além de, comprovarmos que as únicas variáveis com significância em relação ao tempo para serem utilizadas em um modelo matemático são a GGT urinária e Creatinina Urinária. Partindo dessas variáveis é possível, através de um Sistema Baseados em Regras Fuzzy (SBRF), simular o comportamento dessas duas variáveis comparando-as entre si, onde conseguimos encontrar valores que quando comparados aos obtidos através nos exames de sangue e urina, mostram-se muito semelhantes, demonstrando assim que pode ser um auxiliar para determinar uma possível lesão renal. Palavras-chave: AINEs, rim, hipotensão, Lógica Fuzzy, ANOVA

The non-steroids anti-inflammatory (NSAIDs) are the most commonly used class of drugs for clinical and surgical routine of pets. Aside from reducing the inflammation, they hold analgesic and antipyretic properties. The indiscriminate use of this kind of drugs, and accidental exposure to the NSAIDs, associated to general anesthesia hypotension, may cause acute renal and ischemic lesions. Thus, the present paper proposes the use of mathematical modeling based on the Fuzzy Logic to analyze the renal behavior on female dogs, subjected to elective surgeries and treated with anti-inflammatory that show a different reaction to the inhibition of Cyclooxygenases. The use of the Fuzzy Logic comes as an alternative to solve uncertainties that cannot be expressed by the already existing mathematical models, minimizing possible errors when predicting each individuals behavior involved in the process, producing a more precise and faithful analysis to reality, but still considering the subjective characteristics of every animal, becoming a tool to veterinary medicine and researchers and other professionals to the development of an adequate diagnosis. The study occurred at the Vet Hospital of Unijuí Univeristy. The development of this project took three groups of healthy female dogs (10 animals each), submitted to elective Ovariohysterectomy surgery and treated for three days (the day of the surgery, and the two following post-ops days) with NSAIDs based drugs. During the trial period various laboratory tests were done in order to detect renal malfunction (urea, creatinine, gamma-glutamyl-transpeptidase and urinalysis). The mathematical modeling took place after the collection of data, using the results to evaluate the renal damage the medication could have caused through Cyclooxygenases. Through the variance of the analysis, little variation of NSAIDs protocols were found, showing high variation only for Serum Urea, also proving that the only significant variables time-related to be used on a mathematical model are the urinary CGT and the Urinary Creatinine. It is possible to use these variables to engage on other variables simulations using the Fuzzy Based Rules System, making comparisons in which the results found when compared to those obtained through blood and urine exams, show similarities and demonstrate an attainable auxiliary on finding a possible renal lesion. Keywords: NSAIDs, kidney, hypotension, Fuzzy Logic, ANOVA

ALIANÇAS ESTRATÉGICAS NA BOVINOCULTURA DE CORTE: O CASO DAS COOPERATIVAS DE PECUARISTAS DO PARANÁ, BRASIL

A formação de alianças estratégicas entre pecuaristas de corte (AEPs) é um fenômeno recente na cadeia da carne bovina brasileira e apresenta um enorme potencial de promover benefícios para o setor, que carece de informações sobre estas organizações. Este trabalho descreve detalhadamente as diferentes configurações e abrangência de atuação das AEPs do Estado do Paraná (PR), e demonstra o possível benefício econômico para os potenciais participantes. Para isto, foram realizadas duas etapas metodológicas: 1) realizou-se um estudo de caso múltiplo em 6 AEPs do PR para caracterizar as formas de configuração, bem como mensurar a abrangência de atuação destas organizações no Estado; 2) realizou-se um estudo de caso em uma AEP para simular o benefício econômico obtido pelos associados. Na primeira etapa, identificou-se que o objetivo principal das AEPs é promover o abate e a comercialização da carcaça de novilhos precoces dos associados. As principais motivações para a formação são agregar valor ao produto e reduzir os riscos na comercialização. As 6 AEPs possuem o total de 242 pecuaristas associados e algumas medeiam as negociações entre os diversos segmentos da cadeia. O funcionamento das AEPs envolve o trabalho direto de 355 pessoas. No ano de 2015, as 6 AEPs comercializaram 17,4 mil toneladas de carcaça, o que representa cerca de 5% da produção Estadual. As carcaças são comercializadas com média de 14% de valor agregado para mais de 500 lojas de varejo, exclusivamente dentro do Estado. As especificações de conformidade das AEPs são semelhantes, mas as bonificações pelos animais variam de 1% até 10% acima do preço de mercado. Neste tipo de organização, os determinantes para o sucesso são aqueles que agregam confiança aos associados e aos clientes. Na segunda etapa, o estudo de caso de uma AEP demonstrou, por meio de simulações matemáticas, que os associados que produzem animais de uma determinada raça tem sua receita anual acrescida em 5% em média, se comparada à comercialização no mercado comum. As AEPs são mecanismos eficientes de coordenação da cadeia e agregação de valor ao produto. No entanto, a viabilidade econômica da associação a uma AEP depende da magnitude de investimentos necessários para a adesão e para a adequação do sistema produtivo, caso isto não seja analisado, a associação pode trazer mais frustrações do que benefícios.

The establishment of strategic alliances among beef producers (AEPs) is a recent phenomenon in Brazilian beef supply chain and presents a considerable potential to promote benefits to this segment, however, information about these organizations are limited. This work describes in detail the different conformation and operating coverage of Paraná State (PR) AEPs and presents the possible economic profit for potential participants. For that, two methodological stages were performed: 1) a multiple case study was performed in 6 AEPs from PR to characterize their conformation and to measure these organizations operating coverage inside the State; 2) a case study was performed in a single AEP to simulate the associates economic profit. In first stage, the major goal of AEPs was identified as the promotion of slaughter and commercialization of carcass of steers from associates. The main motivations to EAP formation are to add value to the product and to reduce commercialization venture. 242 participant producers compound the 6 AEPs. Some of these 6 EAPs mediate the negotiation between many chain segments. AEPs effectiveness demands 355 people direct work. In 2015, those 6 AEPs commercialized 17,4 ton of carcass, what represents around 5% of total State production. Carcasses are commercialized to more than 500 retail stores, exclusively inside the State, with 14% of added value in average. AEP conformity specifications are similar, however, the bonus for animals range from 1% to 10% over the market price. Trust, for associates and clients, is determinant for this type of association success. In second stage, the case study of a single AEP, mathematical simulations presented that raising a particular breed increases 5% in annual income, if compared to common market. The AEPs are efficient tools for chain coordination and for adding value to product. However, the association to an AEP economic viability depends on the magnitude of required investments for adhesion and for adequate production system. If these items are not analyzed, the association is more susceptible to failure than success.

Interferência e nível de dano econômico de Brachiaria plantaginea e Ipomoea nil na cultura do feijão comum

The researches about the impact of weed interference on crops are usually performed with a single weed species, when in reality there are numerous. The objective of this study was to evaluate the interference of Brachiaria plantaginea and Ipomoea nil on the grain yield of French beans (Phaseolus vulgaris) and to determine the economic weed threshold (EWT) of each species on the crop. Two field experiments were conducted with bean cultivars 'IPR Graúna' (Black group) and 'UTF-06' (Carioca group) in coexistence with random proportions of mixed infestations of B. plantaginea and I. nil. Multiple regression models were used to determine the interference abi1lity of each weed species on crop productivity. The interference ability of each plant of I. nil corresponded to 2.6 and 0.25 of each B. plantaginea, dependent on the relative proportions on the weed community and on the conditions of each experiment. Cultivar 'IPR Graúna' showed higher competitive ability than 'UTF-06'. The EWT was dependent on the relative proportion of each weed species in the community and was reached under low infestation ( 16 plants m-2) in all conditions tested and simulated.

As pesquisas acerca do impacto da interferência das plantas daninhas sobre as culturas normalmente são realizadas com uma única espécie infestante, quando na realidade podem ocorrer diversas. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a interferência de Brachiaria plantaginea e Ipomoea nil sobre o rendimento de grãos do feijoeiro (Phaseolus vulgaris) e determinar o nível de dano econômico (NDE) de cada espécie na cultura. Foram realizados dois experimentos a campo com as cultivares de feijão 'IPR Graúna' (Grupo Preto) e 'UTF-06' (Grupo Carioca) em convivência com infestações mistas em diferentes proporções aleatórias das espécies B. plantaginea e I. nil. Modelos de regressão múltiplos foram utilizados para determinar a capacidade de interferência de cada espécie daninha sobre a produtividade da cultura. O impacto de interferência de cada planta de I. nil correspondeu a 2,6 e 0,25 quando comparada a cada planta de B. plantaginea, dependente das proporções relativas na comunidade infestante e das condições de cada experimento. A cultivar 'IPR Graúna' apresentou maior habilidade competitiva do que 'UTF-06'. O NDE foi dependente da proporção relativa de cada espécie daninha na comunidade e foi obtido sob baixas infestações ( 16 plantas m-2) em todas as condições testadas e simuladas.

Interferência e nível de dano econômico de Brachiaria plantaginea e Ipomoea nil na cultura do feijão comum

The researches about the impact of weed interference on crops are usually performed with a single weed species, when in reality there are numerous. The objective of this study was to evaluate the interference of Brachiaria plantaginea and Ipomoea nil on the grain yield of French beans (Phaseolus vulgaris) and to determine the economic weed threshold (EWT) of each species on the crop. Two field experiments were conducted with bean cultivars 'IPR Graúna' (Black group) and 'UTF-06' (Carioca group) in coexistence with random proportions of mixed infestations of B. plantaginea and I. nil. Multiple regression models were used to determine the interference abi1lity of each weed species on crop productivity. The interference ability of each plant of I. nil corresponded to 2.6 and 0.25 of each B. plantaginea, dependent on the relative proportions on the weed community and on the conditions of each experiment. Cultivar 'IPR Graúna' showed higher competitive ability than 'UTF-06'. The EWT was dependent on the relative proportion of each weed species in the community and was reached under low infestation ( 16 plants m-2) in all conditions tested and simulated.

As pesquisas acerca do impacto da interferência das plantas daninhas sobre as culturas normalmente são realizadas com uma única espécie infestante, quando na realidade podem ocorrer diversas. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a interferência de Brachiaria plantaginea e Ipomoea nil sobre o rendimento de grãos do feijoeiro (Phaseolus vulgaris) e determinar o nível de dano econômico (NDE) de cada espécie na cultura. Foram realizados dois experimentos a campo com as cultivares de feijão 'IPR Graúna' (Grupo Preto) e 'UTF-06' (Grupo Carioca) em convivência com infestações mistas em diferentes proporções aleatórias das espécies B. plantaginea e I. nil. Modelos de regressão múltiplos foram utilizados para determinar a capacidade de interferência de cada espécie daninha sobre a produtividade da cultura. O impacto de interferência de cada planta de I. nil correspondeu a 2,6 e 0,25 quando comparada a cada planta de B. plantaginea, dependente das proporções relativas na comunidade infestante e das condições de cada experimento. A cultivar 'IPR Graúna' apresentou maior habilidade competitiva do que 'UTF-06'. O NDE foi dependente da proporção relativa de cada espécie daninha na comunidade e foi obtido sob baixas infestações ( 16 plantas m-2) em todas as condições testadas e simuladas.

Modelagem de medidas de controle em redes de movimentação de animais

A movimentação de animais em uma rede de fazendas e o espalhamento de algumas doenças animais estão intrinsecamente relacionados. Assim, compreender a dinâmica do espalhamento de doenças infecciosas nestas redes é um instrumento importante no controle dessas doenças. Usando as informações sobre as movimentações de bovinos no estado de Mato Grosso, Brasil, em 2007, reconstruiu-se a rede de trânsito e a rede de proximidade geográfica entre os estabelecimentos desse estado, além de redes hipotéticas seguindo os modelos de rede Molloy-Reed, Kalisky, Método A e Método B, onde simulou-se, usando diferentes configurações do modelo SLIRS, o espalhamento de doenças com parâmetros hipotéticos e reais (brucelose e febre aftosa). Além disso, simulou-se o controle do espalhamento dessas doenças considerando o controle por imunização e por restrição, com e sem rearranjo das movimentações após a restrição, selecionando os estabelecimentos a serem protegidos de forma aleatória, baseando-se no grau de movimentação dos animais e utilizando o conceito do paradoxo da amizade. Dentre os resultados, destacam-se que apesar dos padrões das curvas de prevalência nas redes hipotéticas serem semelhantes aos da rede real, os valores observados foram maiores nas redes hipotéticas, indicando que utilizá-las no planejamento de políticas de controle de doenças no lugar da rede real pode levar a um maior uso de recursos do que seria necessário. Além disso, no controle das doenças tanto com parâmetros hipotéticos quanto com parâmetros reais, nas simulações usando apenas a rede de trânsito dos animais, observou-se uma redução mais efetiva da prevalência ao se selecionar os estabelecimentos com maior grau total do que a da seleção aleatória, enquanto que nas simulações que consideraram a rede de proximidade geográfica dos estabelecimentos, a redução na prevalência das estratégias que selecionaram estabelecimentos específicos foram semelhantes aos da seleção aleatória. Sobre o efeito do rearranjo das movimentações, observou-se que este pode facilitar o espalhamento de doenças na rede, mesmo nas situações em que se aplica alguma estratégia de controle. Espera-se que os resultados das simulações matemáticas possam contribuir para a discussão do impacto relativo entre as estratégias de controle mencionadas e que futuramente possam auxiliar nas atividades dos órgãos responsáveis pela vigilância epidemiológica e no desenvolvimento de políticas de prevenção e controle de doenças em animais.

The animals movements in a farms network and the spread of some animal diseases are intrinsically related. Therefore, comprehending the dynamics of the spreading of infectious diseases in these networks is an important tool in controlling these diseases. Using the information about the bovine movements from the State of Mato Grosso, Brazil, in 2007, we rebuilt the network of animal movements and the geographic proximity network between the premises of this state, in addition to hypothetical networks following the network models Molloy-Reed, Kalisky, Method A and Method B, where we simulated, using different configurations of the model SLIRS, the spread of diseases with hypothetical parameters e real ones (brucellosis and foot and mouth disease). Moreover, we simulated the control of these diseases spreading, considering the control by immunization and by restriction, with and without the rearrangement of the movements after the restriction, selecting the premises to be protected randomly, based on the degree of animals movements and using the concept of the friendship paradox. Among the results, stands out that although the pattern of the prevalence curves in the hypothetical networks were similar to the ones in the real network, the observed values were higher in the hypothetical networks, indicating that using them in the planning of policies to control diseases in place of the real network might lead to a greater expense of resources than it would be necessary. Furthermore, in the control of the diseases both with hypothetical parameters as well as with real parameters, in the simulations using only the animals movements network, it was observed a more effective reduction of the prevalence when selecting the premises with the highest total degree than the random selection, while in the simulations that considered the network of geographic proximity of the premises, the reduction in the prevalence of the strategies that selected specific premises were similar to the random selection. On the effect of rearranging the movements, it was observed that it may facilitate the spread of diseases in the network even in situations where some control strategy is used. We hope that the results of the mathematical simulations may contribute to the discussion of the relative impact of the mentioned control strategies and that in the future they may assist in the activities of agencies responsible for disease surveillance and in the development of policies to prevent and control diseases in animals.

Uso da variância genética em modelos mecanicistas dinâmicos de crescimento para predizer o desempenho e a composição da carcaça de bovinos confinados

A predição da variância fenotípica é de grande importância para que os sistemas de produção de bovinos de corte consigam aumentar a rentabilidade otimizando o uso de recursos. Modelos mecanicistas dinâmicos do crescimento bovino vêm sendo utilizados como ferramentas de suporte à tomada de decisão em sistemas de manejo individual do gado. Entretanto, a aplicação desses modelos ainda fundamenta-se em parâmetros populacionais, sem qualquer abordagem para que se consiga capturar a variabilidade entre sujeitos nas simulações. Assumindo que modelos mecanicistas sejam capazes de simular o componente de desvio ambiental da variância fenotípica e considerando que marcadores SNPs possam predizer o componente genético dessa variância, esse projeto objetivou evoluir em direção a um modelo matemático que considere a variabilidade entre animais em seu nível genético. Seguindo conceitos de fisiologia genômica computacional, nós assumimos que a variância genética da característica complexa (i.e. produto do comportamento do modelo) surge de características componentes (i.e. parâmetros dos modelos) em níveis hierárquicos mais baixos do sistema biológico. Esse estudo considerou dois modelos mecanicistas do crescimento de bovinos Cornell Cattle Value Discovery System (CVDS) e Davis Growth Model (DGM) e ao questionar se os parâmetros de tais modelos mapeariam regiões genômicas que englobam QTLs já descritos para a característica complexa, verificou as suas interpretações biológicas esperadas. Tal constatação forneceu uma prova de conceito de que os parâmetros do CVDS e do DGM são de fato fenótipos cuja interpretação pode ser confirmada através das regiões genômicas mapeadas. Um método de predição genômica foi então utilizado para computar os parâmetros do CVDS e do DGM. Os efeitos dos marcadores SNPs foram estimados tanto para os parâmetros quanto para os fenótipos observados. Nós buscamos qual o melhor cenário de predição simulações dos modelos com parâmetros computados a partir das informações genômicas ou predição genômica conduzida diretamente nos fenótipos complexos. Nós encontramos que enquanto a predição genômica dos fenótipos complexos pode ser uma melhor opção em relação aos modelos de crescimento, simulações conduzidas com parâmetros obtidos a partir de dados genômicos estão condizentes com simulações geradas com parâmetros obtidos a partir de métodos regulares. Esse é o principal argumento para chamar atenção da comunidade científica de que a abordagem apresentada nesse projeto representa um caminho para o desenvolvimento de uma nova geração de modelos nutricoinais aplicados capazes de capturar a variabilidade genética entre bovinos de corte confinados e produzir simulações com variáveis de entrada específicas de cada genótipo. Esse projeto é a primeira abordagem no Brasil conhecida dos autores a usar genótipos Bos indicus para o estudo da aplicação de genômica integrada à modelos mecanicistas para o manejo e comercialização de animais na pecuária.

The prediction of phenotypic variance is important for beef cattle operations to increase profitability by optimizing resource use. Dynamic mechanistic models of cattle growth have been used as decision support tools for individual cattle management systems. However, the application of such models is still based on population parameters, with no further approach to capture between-subject variability. By assuming that mechanistic models are able to simulate environmental deviations components of phenotypic variance and considering that SNPs markers may predict the genetic component of this variance, this project aimed at evolving towards a mathematical model that takes between-animal variance to its genetic level. Following the concepts of computational physiological genomics, we assumed that genetic variance of the complex trait (i.e. outcome of model behavior) arises from component traits (i.e. model parameters) in lower hierarchical levels of biological systems. This study considered two mechanistic models of cattle growth Cornell Cattle Value Discovery System (CVDS) and Davis Growth Model (DGM) and verified their expected biological interpretation by asking whether model parameters would map genomic regions that harbors QTLs already described for the complex trait. This provided a proof of concept that CVDS and DGM parameters are indeed phenotypes whose expected interpretations may be stated by means of their mapped genomic regions. A method of genomic prediction to compute parameters for CVDS and DGM was then used. SNP marker effects were estimated both for their parameters and observed phenotypes. We looked for the best prediction scenario model simulation with parameters computed from genomic data or genomic prediction on complex phenotypes directly. We found that while genomic prediction on complex phenotypes may still be a better option than predictions from growth models, simulations conducted with genomically computed parameters are in accordance with those performed with parameters obtained from regular methods. This is the main argument to call attention from the research community that this approach may pave the way for the development of a new generation of applied nutritional models capable of representing genetic variability among beef cattle under feedlot conditions and performing simulations with inputs from individuals genotypes. To our knowledge, this project is the first of this kind in Brazil and the first using Bos indicus genotypes to study the application of genomics integrated with mechanistic models for the management and marketing of commercial livestock.