Defesa – Dissertação de Guilherme Rafael Graeff

Aluno(a): Guilherme Rafael Graeff
Orientador(a): Marcio Dorn

Título: Exploração de técnica de visualização de dados aplicada à Dinâmica Molecular: Análise de Dynamic Cross Correlation Maps como Dynamic Network
Linha de Pesquisa: Computação Gráfica e Visualização de Dados

Data: 10/12/2025
Hora: 08:00
Local: Esta banca ocorrerá de forma remota. Acesso público disponibilizado pelo link https://meet.google.com/rmb-dmec-fpr.

Banca Examinadora:
-Lucinéia Heloisa Thom (UFRGS)
-Rodrigo Ligabue Braun (UFCSPA)
-Conrado Pedebos (UFCSPA)

Presidente da Banca: Marcio Dorn

Resumo: A Bioinformática é uma área multidisciplinar que faz uso de ferramentas computacionais para a análise de dados biológicos. Uma das áreas de aplicação da Bioinformática é a Biologia Estrutural, a qual estuda o funcionamento de fenômenos biológicos a partir das estruturas tridimensionais de biomoléculas, como de proteínas. Neste contexto, Dinâmica Molecular é a técnica que permite a simulação computacional de sistemas moleculares a partir de suas estruturas. Esta técnica é baseada na utilização de equações de mecânica clássica (campos de força), tratando cada átomo da proteína como partícula e determinando suas posições e velocidades ao longo do tempo a partir de energias potenciais. Ao longo da simulação, ocorre o registro das diferentes conformações e posições da estrutura em tempos pré-determinados. Desse modo, a Dinâmica Molecular é um método que permite o estudo da dinâmica de interaçã o de biossistemas de forma atomística. Entretanto, esta técnica enfrenta desafios relacionados à complexidade dos dados devido à alta dimensionalidade, ao alto custo computacional para a realização das simulações destes sistemas e ao armazenamento de seu grande volume. Desta forma, faz-se necessário desenvolver métodos computacionais que facilitem a análise, integração e visualização dos dados obtidos através das simulações. Atualmente, existem diversas abordagens para a análise e extração de informações destes dados, métricas resultantes de cálculos que consideram a energia do sistema ou a disposição dos átomos durante a simulação, dentre elas estão: Principal Component Analysis (PCA), Root Mean Square Deviation (RMSD) e Root Mean Square Fluctuation (RMSF). Para encontrar padrões informativos nos complexos simulados, um dos métodos utilizados na análise de simulações de complexos moleculares é o Mapa Dinâmico de Correlações Cruzadas, denomi nado Dynamic Cross Correlation Map (DCCM). O DCCM analisa a média da correlação dos vetores de deslocamento cartesiano de todos contra todos entre os resíduos de aminoácidos presentes no sistema, levando em consideração as diferentes conformações adotadas durante a simulação. A métrica de DCCM pode ser interpretada como uma matriz de adjacência conforme descrito na teoria de Grafos. Considerando a dimensão do tempo e estados da simulação, esta matriz se torna dinâmica, caracterizando a estrutura de dados necessária para a construção de uma rede dinâmica (Dynamic Network). Desta forma, o objetivo deste trabalho é explorar a transformação, representação e análise de dados estruturais sob uma perspectiva computacional, de forma a aproximar as áreas de Visualização de Dados e Bioinformática Estrutural. Este estudo possui caráter exploratório, visando compreender o entendimento da representação de dados proposta, investigar maneiras de representar os dados resultantes de análise de Dinâmica Molecular utilizando redes dinâmicas e propor uma visualização integrada e informativa dos processos moleculares. Os resultados incluem o desenvolvimento de uma ferramenta que disponibiliza uma visualização alternativa do método de DCCM, considerando o tempo de maneira segmentada.

Palavras-Chave: Visualização de dados; Redes Dinâmicas; Bioinformática Estrutural; Análise Espaço-Temporal.