BIOFÍSICA COMPUTACIONAL Y ANÁLISIS
DE DATOS BIOLÓGICOS

PERSONAL

INVESTIGADOR PRINCIPAL:

Dr. Diego Herráez Aguilar  diego.herraez@ufv.es

INVESTIGADORES:

Dr. Ramiro Perezzan Rodríguez
Dra. Sandra Montalvo Quirós

COLABORACIONES EXTERNAS:

Colaboraciones estables con los siguientes grupos:

1- Grupo de Migración Celular y Epigenética. Departamento de Inmunología. Facultad de Medicina. Universidad Complutense de Madrid (IP: Dr. Javier Redondo-Muñoz)

2- BIOPHYS-Hub. Departamento de Química Física, Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Complutense de Madrid y Unidad de Biofísica Traslacional, Instituto de Investigaciones Biomédicas del Hospital 12 Octubre, Madrid (IP: Dr. Francisco Monroy Muñoz)

3- Grupo de Dinámica de las Reacciones Químicas. Departamento de Química Física, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid.(IP: Francisco Javier Aoiz)

4- Grupo de Neurorrehabilitación y Daño Cerebral. Instituto investigaciones Biosanitarias. Universidad Francisco de Vitoria.(IP: Juan Pablo Romero)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:

Desarrollo de métodos computacionales para la identificación y análisis de fenómenos fuera del equilibrio en series temporales procedentes de sistemas estocásticos con actividad biológica en la escala mesoscópica.

RESUMEN DE LA INVESTIGACIÓN

Uno de los paradigmas que la Ciencia ha establecido acerca de los sistemas vivos es que, necesariamente, han de vivir alejados de eso que se denomina Equilibrio Termodinámico. O, dicho de otro modo, el mantenimiento de las estructuras y funciones debe realizarse a costa de un constante consumo energético que le permita mantener niveles entrópicos relativamente bajos.  Pero ¿cómo de alejados están realmente los sistemas vivos del Equilibrio Termodinámico? La respuesta a esta pregunta se ha establecido como uno de los retos más desafiantes en la Física Biológica en los últimos cinco años.

Estudios recientes han demostrado cómo los sistemas vivos desarrollan la mayor parte de sus funciones en una escala espacio-temporal dominada por un régimen no inercial estocástico (no determinista) extremadamente disipativo. Por tanto, se hace difícil pensar que los sistemas vivos tuvieran la capacidad de alejarse enormemente del equilibrio y comportarse tal como nuestra experiencia macroscópica determinista puede hacernos pensar. Más bien, los sistemas parecen aprovecharse de la dinámica estocástica para realizar sus funciones, de modo que tan sólo sutiles alteraciones pueden llegar a observarse.

En el grupo de Biofísica Computacional y Análisis de Datos Biológicos afrontamos el estudio de la dinámica estocástica fuera del equilibrio desde diferentes frentes.

1- Desarrollo de algoritmos (Multiple Particle Auto-Tracking y Optic Flow) para microscopía de alta resolución espacio-temporal, para la detección y seguimiento de la dinámica estocástica en la escala mesoscópica. Implementación de procedimientos de segmentación de imágenes, basados en métodos tradicionales y macine learning.

2- Análisis de las modificaciones y alteraciones de las propiedades mecánicas, viscoelásticas y disipativas de los medios biológicos como consecuencia de la actividad. Aplicacion de técnicas microreológicas y ecuaciones generalizadas de Stokes-Einstein. 

3- Desarrollo de metodologías computacionales para la identificación de flujos no balanceados entre estados energéticos, en sistemas subcelulares, que desemboquen en la ruptura del Balance Detallado. Técnicas de detección de atractores en sistemas caóticos. Análisis de reversibilidad de series temporales, y estados ocultos en cadenas de Markov.

4- Desarrollo de algoritmos para la estimación de la producción de entropía física y entropía de la información en sistemas estocásticos fuera del equilibrio.

PUBLICACIONES

• Moulding hydrodynamic 2D-crystals upon parametric Faraday waves in shear-functionalized water surfaces Mikheil Kharbedia, Niccolò Caselli, Diego Herráez-Aguilar, Horacio López-Menéndez, Eduardo Enciso, José A. Santiago and Francisco Monroy Nature Communications, 12, 1130 (2021).
  
  
• Time series analysis applied to EEG shows increased global connectivity during motor activation detected in PD patients compared to controls. R. Perezzan, A. Maitín, D. Herráez-Aguilar, J.I. Serrano, M. Dolores Castillo, A. Arroyo, J. Andreo, J.P Romero Muñoz. Appl. Sci. 2021, 11(1), 15
  
  
• Multiple particle tracking analysis in isolated nuclei reveals the mechanical phenotype of leukemia cells. D. Herráez-Aguilar, E. Madrazo, H. Lopéz-Menendez, F. Monroy, J. Redondo-Munoz. Scientific Reports, 10, 6707 (2020)
  
  
• Experimental and theoretical studies of the Xe–OH (A/X) quenching system. j Kłos, G McCrudden, M Brouard, T Perkins, SA Seamons, D. Herráez-Aguilra, F. J. Aoiz . The Journal of Chemical Physics 149 (18), 184301, 2018.
  
  
• Quantum interference between H + D2 quasiclassical reaction mechanisms. PG Jambrina, D Herráez-Aguilar, FJ Aoiz, M Sneha, J Jankunas, RN Zare. Nature Chemistry 7 (8), 661, 2015.

PROYECTOS:

Investigadores Colaboradores en el proyecto SYNERGY CAM 2018 NUCLEUX MADRID Y2018/BIO 5207.