Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales

Molecular modeling and structural analysis of variant I684S in the TYK2 enzyme and its relation with the susceptibility to psoriasis

Resumen La psoriasis es una enfermedad inflamatoria crónica inmunomediada en la que el eje IL-23/Th17 dirige el proceso patogénico. En la regulación del sistema inmunitario la propensión al desarrollo de la psoriasis en una población colombiana se asoció con la variante no sinónima I684S en TYK2. En el estudio funcional del efecto de la variante a nivel molecular, se hizo la modelación molecular de la enzima a partir de su secuencia primaria, lo que permite reconocer el plegamiento tridimensional y unificar así el modelo con las estructuras cristalizadas de las diferentes subunidades de la enzima que han sido reportadas como aisladas y sin conexión. Este modelo final se refinó utilizando dos programas y se seleccionó el mejor para la simulación posterior según la puntuación de los valores energéticos y estereoquímicos. La simulación molecular se hizo con el método semiempírico del programa Spartan 18' y el campo de fuerza del Austin Model 1 para la región vecinal que incluye la posición 684 en donde se hizo el cálculo energético y de superficie electrónica bajo un enfoque mecánico cuántico. Los resultados evidenciaron que los modelos presentaron cambios tridimensionales a nivel topológico de la enzima TYK2 silvestre y la mutación I684S en los patrones del enlace de hidrógeno y en la estructura electrónica, con un aumento de la densidad electrónica en la mutación que favorece la fosforilación de quinasas en la transducción de la señal y la desregulación inmunológica.

Abstract Psoriasis is an immune-mediated chronic inflammatory disease in which the IL-23/Th17 axis directs the pathogenic process. In a Colombian population, the regulation of the immune system and susceptibility to the development of psoriasis was associated with the non-synonymous variant I684S in TYK2. To understand the effect of this mutation, we used molecular modeling with the structure predictor Phyre2, which allowed us to recognize 3D folding and, thus, unify the model with the crystallized structures of the different subunits that have been reported as isolated subunits. This final model was refined with two software programs and the best model scored with energetic and stereo-chemical values was selected for subsequent simulation. The molecular simulation was done with the semi-empirical method of the Spartan 18' software and the Austin Model 1 force field for the neighborhood region that includes position 684 where the energetic and electronic surface calculation was made under a quantum mechanical approach. The results showed that the models presented 3D changes at the topological level in the wild TYK2 enzyme compared with the I684S mutation in the hydrogen bonding patterns and the electronic structure with an increase in the electronic density of the mutation favoring phosphorylation of kinases in signal transduction and immune dysregulation.

Evolution, perception, and brain mechanisms involved in facial attractiveness: An analysis from an evolutionary psychology perspective

Resumen Tradicionalmente, las teorías sociales han explicado el atractivo facial como una característica cultural aprendida a través de los procesos de socialización. Sin embargo, la Psicología Evolucionista ha propuesto que hay rasgos del atractivo físico que son universales y que han sido influenciados por la selección natural y sexual, ya que indican la calidad reproductiva y de salud de quien los posee. La investigación en torno a las características faciales y sus implicaciones sociales es amplia. Este texto tiene como objetivo resumir tales esfuerzos desde una perspectiva evolucionista y explorar sus implicaciones sociales. Además, se brinda una síntesis de la evolución facial, se examinan los mecanismos cerebrales implicados en la percepción del atractivo facial y se discuten las teorías de la Psicología Evolucionista sobre los rasgos que hacen a una persona atractiva y por qué. Por último, el texto concluye con una serie de predicciones sobre futuros estudios del atractivo facial y comparte una serie de bases de rostros que pueden ser utilizadas para la investigación y el desarrollo de tesis tanto de pregrado como de posgrado.

Abstract Traditionally, social theories have explained facial attractiveness as a characteristic culturally learned through socialization processes. However, Evolutionary Psychology has proposed that there are universal traits of physical attractiveness influenced by natural and sexual selection, as they indicate the reproductive and health quality of those who possess them. A vast number of studies have analysed facial traits and their social implications. This paper aims to summarize these efforts from an evolutionary perspective and explore their social implications. Furthermore, a synthesis of facial evolution is provided, the brain mechanisms involved in facial attractiveness perception are examined, and some explanations of evolutionary psychology on the traits that make someone attractive and why are discussed. Finally, this review concludes with a series of predictions about the study of facial attractiveness and shares a series of face databases that can be used for research and for the development of both undergraduate and graduate theses.

Estimation of suitable upper-limits for temperature, in stability comparisons between solid phases at high pressures. Study cases: carbon, oxygen, and fluorine

Abstract For most solid materials the Quasi-Harmonic Approximation (QHA) is expected to stay valid in a wide range of temperatures that get extended as we increase pressure, reaching a limit that could vastly exceed the melting temperature of the material. Hence, it becomes relevant to develop additional criteria for constraining the maximum temperature under which it still makes sense to perform stability comparisons between crystalline phases, hopefully without paying the high computational price that is required to calculating the precise melting curve for each solid phase. In this work, we report that for crystalline systems in which QHA remains accurate at high temperature, an alternative and computationally inexpensive phenomenological approximation holds well for identifying the region in the pressure-temperature (P-T) space where melting is likely to occur, meaning, the Lindemann's criteria. By quantifying how atoms deviate from their equilibrium positions upon increasing temperature in the solid phase, we were able to constrain their P-T region of stability to conditions that are located under a line that represents an 11% average deviation of the atoms with respect to their interatomic distances, therefore, providing an approximate but reliable lower limit for the melting line which is relatively easy to calculate, and also a very useful alternative when no accurate experimental data is available and calculations do not exist or are not conclusive.

Resumen En sólidos, la aproximación cuasi-armónica tiende a ser válida en un amplio rango de temperaturas, que aumenta conforme se aplica mayor presión al sistema y su máximo puede exceder ampliamente la temperatura de fusión. Cobra entonces relevancia desarrollar criterios que restrinjan la temperatura bajo la cual es razonable realizar comparaciones teóricas de estabilidad entre fases sólidas, sin incurrir en los altos costos computacionales necesarios para el cálculo preciso de la línea de fusión de cada una de ellas. Aquí reportamos que para cristales presurizados donde la aproximación cuasi-armónica es bastante confiable, el criterio fenomenológico de Lindemann es idóneo para estimar eficientemente las condiciones de presión y temperatura donde es probable que ocurra la transición desde las fases sólidas hacia el líquido. Cuantificando la desviación promedio de los átomos desde sus posiciones de equilibrio conforme aumenta la temperatura, en carbono a muy alta presión, fue posible determinar que la región de estabilidad de la fase sólida se circunscribe a una región del espacio de presión y temperatura ubicada bajo la curva que representa el 11% de desviación promedio de los átomos con respecto a las distancias interatómicas del material. Lo anterior proporciona un criterio aproximado pero confiable para sugerir el valor máximo de estabilidad de sólidos presurizados, el cual es relativamente simple de calcular representando al mismo tiempo una opción atractiva si no existen datos experimentales ni cálculos teóricos de fusión, o si estos no son concluyentes, situación que se aprovechó aplicando el criterio a los sistemas de oxígeno y flúor.

Cĕch Cohomology and Topological Quantization of Physical Parameters

Resumen En este trabajo se revisa el procedimiento de cuantización topológica basado en la cohomología de Cĕch. Se muestra cómo el método de cuantización se fundamenta en la libertad de escogencia del Lagrangiano apropiado para una teoría de campos, a partir de una familia de Lagrangianos que difieren entre sí por un término igual a una derivada total, de tal manera que la teoría de cohomología de Cĕch proporciona el lenguaje matemático correcto con el cual catalogar la información necesaria para obtener condiciones de cuantización de parámetros físicos. Posteriormente, se aplica este método a la cuantización topológica del monopolo magnético y de la constante GN de la gravitación universal de Newton.

Abstract In this work, the topological quantization procedure based on the cohomology of Cĕch is reviewed. It is shown how the quantization method is based on the freedom of choice of the appropriate Lagrangian for a field theory, from a family of Lagrangians that differ from each other by a term equal to a total derivative, in such a way that that the cohomology theory of Cĕch provides the correct mathematical language with which to catalog the information needed to obtain quantization conditions for physical parameters. Subsequently, this method is applied to the topological quantization of the magnetic monopole and the constant GN of Newton universal gravitation.

Theoretical study of structural stability and electronic properties of Sr₂MnSbO₆ perovskite

Abstract Structural and electronic properties of the Sr2MnSbO6 perovskite in cubic (Fm-3m) and tetragonal (I4m and P/4mnc) crystallographic phases have been determined using the Full Potential Linearized Augmented Plane Waves (FP-LAPW) method, in the framework of the Density Functional Theory (DFT). The exchange and correlation effects were treated using the Generalized Gradient Approximation plus the Hubbard term (GGA+U) approach, in order to describe the strong on-site Coulomb repulsion among the localized d-Mn electrons. The structural stability was determined by fitting of the total energy values to the Murnaghan equation of state. The values for the structural parameters are in good agreement with experimental results reported in the literature. The study of the electronic properties carried out through the graphical presentation of the densities of states for the two spin polarizations shows that the compound presents half-metallic behavior.

Resumen Las propiedades estructurales y electrónicas de la perovskita Sr2MnSbO6 en sus fases cúbica (Fm-3m) y tetragonales (I4m y P/4mnc) han sido determinadas usando el método de Ondas Planas Aumentadas y Linealizadas con potencial completo (FP-LAPW), dentro del formalismo de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Los efectos de intercambio y correlación fueron tratados usando la aproximación de Gradiente Generalizado e incluyendo el término de Hubbard (GGA+U), con el objeto de describir la fuerte repulsión electrónica in situ entre los electrones d-Mn localizados. La estabilidad estructural fue determinada ajustando los valores para la energía total, a la ecuación de estado de Murnaghan. Los valores para los parámetros estructurales están de acuerdo con resultados experimentales reportados en la literatura. El estudio de las propiedades electrónicas realizado mediante la representación de las densidades de estados para las dos polarizaciones de espín, muestra que el compuesto presenta un comportamiento semimetálico.

Chemical process modelling from a micro to a macro approach: Closing the gap

Abstract The present study discusses the multiscale modeling of chemical processes. Despite the existence of very good models for chemical processes from a macroscopic point of view, they can be limited due to the use of poorly estimated transport and transfer coefficients that reduce the accuracy needed for good technology development. Even if models are supported by fundamental relations, there is an unclear connection between their transport coefficient and molecular dynamics. The microscopic models can model several phenomena at atomic or molecular sizes with extreme precision. However, creating a link between the micro and the macro scale takes a huge computation time, as the way they link is not direct. We study this in detail here.

Resumen En este trabajo se estudia el modelado multiescala de procesos químicos. Aunque existen muy buenos modelos para procesos químicos desde el punto de vista macroscópico, estos pueden verse limitados por el uso de coeficientes de transporte y transferencia mal estimados, lo que reduce la precisión requerida para un buen desarrollo tecnológico. Incluso si los modelos se basan en relaciones fundamentales, existe una conexión poco clara entre su coeficiente de transporte y la dinámica molecular. Los modelos microscópicos pueden modelar varios fenómenos ocurridos en tamaños atómicos o moleculares con extrema precisión. Sin embargo, se requiere mucho tiempo de cálculo para crear un vínculo entre la microescala y la macroescala, y la forma de vincularlas no es directa, aspecto que se estudia con detalle en este trabajo.

Interfacial phenomena in multilayers and magnetic superlattices: review and perspectives

Resumen En las últimas ocho décadas la comprensión de los mecanismos físicos que ocurren en la superficie límite entre dos materiales diferentes ha estado en constante evolución. Su interés radica en la ruptura de la simetría cristalina y la reducción de la coordinación atómica, las cuales producen modificaciones en el tipo y la ocupación orbital de los átomos en la interfaz. El estudio de los fenómenos interfaciales dio inicio a la ciencia de superficies, cuyo avance ha sido significativo en la medida en que aparecen nuevas y sofisticadas herramientas, tanto para la fabricación controlada de interfaces, como para la caracterización en el rango de la monocapa atómica. El interés se ha centrado no solo en el estímulo científico si no en el tecnológico, sobre todo en el contexto de los dispositivos electrónicos y, más recientemente, en una amplia gama de aplicaciones interdisciplinarias, como las biointerfaces, los detectores y actuadores ultrasensibles de última generación y el mejoramiento de las propiedades tribológicas. En este trabajo presentamos, primero, un contexto histórico de los diferentes fenómenos interfaciales que han ido surgiendo y su influencia en las propiedades que exhiben donde quiera que hay una interfaz, como en el caso de junturas, multicapas y heteroestructuras. Presentamos, asimismo, los avances en los sistemas de superredes magnéticas de importancia en el mejoramiento de la densidad de información de los discos duros, y discutimos sobre los estados interfaciales electrónicos y magnéticos y las nuevas funcionalidades en las interfaces de heterojunturas basadas en óxidos complejos. Por último, resaltamos algunos avances y perspectivas en el campo de la ciencia de superficies.

Abstract For the past eight decades, understanding the physical mechanisms that occur at the interface between two different materials has been an open question driven by the breaking of crystalline symmetry and the reduction of atomic coordination, which modify the type and orbital occupation of atoms in the interface. Surface science began studying interface phenomena and has advanced significantly thanks to new and sophisticated tools for controlled fabrication and monolayer characterization. This focus has stimulated scientific and technological advancements, especially in the context of electronic devices and a wide range of interdisciplinary applications, such as biointerfaces, next-generation ultrasensitive detectors and actuators, and improved tribological properties. Here we provide a historical context of emerging interfacial phenomena and their influence on properties exhibited in junctions, multilayers, and heterostructures. We discuss advances in magnetic superlattice systems that enhance the information density of hard drives. We also explore electronic and magnetic interface states, as well as new functionalities in interfaces within heterojunctions based on complex oxides. Finally, we highlight advances and perspectives in surface science.

Suitable climatic area for three species of Phlegmariurus (Lycopodiaceae) in Cuba: potential distribution and priority areas for conservation

Resumen El cambio climático constituye una amenaza para la biodiversidad. La distribución geográfica y la dimensión de sus efectos sobre los individuos y ecosistemas son inciertas, siendo los montañosos los más sensibles al clima. En la presente investigación se determinó el área climática potencial adecuada para Phlegmariurus acerosus, P. taxifoliusy P. reflexus, especies que habitan en bosques subtropicales húmedos y muy húmedos y ostentan alguna categoría de amenaza debido a la fragmentación del hábitat y la disminución continua de sus poblaciones. Se elaboraron modelos de nicho climático con el programa MaxEnt empleando datos de ocurrencia y variables bioclimáticas. Los modelos resultantes fueron proyectados geográficamente de acuerdo con las condiciones climáticas actuales. Las proyecciones evidenciaron que las condiciones climáticas adecuadas para las especies se distribuyen en las montañas de Cuba oriental. El nicho climático potencial tuvo una probabilidad de presencia alta, así: de 250,66 km2 para P. acerosus, 393,42 km2 para P. taxifolius, y 232,40 km2 para P. reflexus. Las áreas protegidas consideradas prioritarias para la conservación son nueve para P. acerosus y P. reflexus, y cinco para P. taxifolius. Las proyecciones realizadas se determinaron a partir de la elevación y la temperatura estacional. A su vez, las áreas prioritarias para la conservación de las especies correspondieron a las áreas protegidas en los macizos montañosos de Nipe-Sagua-Baracoa y la Sierra Maestra, siendo este último el de mayor importancia para los taxones.

Abstract Climate change constitutes a threat to biodiversity. The geographical distribution and dimension of the effects of climate change on individuals and ecosystems are uncertain, being the mountainous ecosystems more sensitive to climate In this study, we determined the suitable potential climatic area for Phlegmariurus acerosus, P. taxifolius, and P reflexus, which inhabit humid and very humid subtropical forests and have some category of threat due to habitat fragmentation and the continuous decrease in populations. We developed climate niche models in the MaxEnt software using occurrence data and bioclimatic variables. We projected the resulting models geographically according to current climatic conditions. The projections showed that the climatic conditions suitable for the species are distributed in the mountains of eastern Cuba. The potential climatic niche has a high probability of presence: 250.66 km2 for P acerosus, 393.42 km2 for P taxifolius, and 232.40 km2 for P reflexus. The protected areas considered a priority for conservation are nine for P acerosus and P reflexus, and five for P. taxifolius. Our projections were determined by elevation and seasonal temperature. The priority areas for conservation of the species corresponded to the protected areas present in the Nipe-Sagua-Baracoa and Sierra Maestra Mountain ranges, the latter being the most important for the taxa.

First record of brittle star Hemipholis cordifera (Echinodermata: Ophiuroidea) for Colombia, with some ecological notes

Resumen Se reporta por primera vez en Colombia la estrella quebradiza Hemipholis cordifera (Bosc, 1802) de la familia Ophiactidae. Los especímenes fueron recolectados en aguas poco profundas de la bahía de Cispatá (Córdoba). Se incluye una breve descripción de la especie y anotaciones sobre su ecología y rango de distribución.

Abstract Hemipholis cordifera (Bosc, 1802) from the family Ophiactidae is reported here for the first time in Colombia. The specimens were collected from shallow waters at Cispatá Bay (Córdoba). In this study, we include a brief description of the species and annotations on its ecology and range of distribution.

Study of non-ionizing radiation emissions in two zones of Xochimilco, México City

Abstract The objective of this study was to estimate electromagnetic pollution by radio frequency (RF) and magnetic field (CM) over one year by measuring the intensity near schools, hospitals, business premises, and homes in a commercial and a residential zone of Xochimilco, México City. The RF and the CM were measured using an EXTECH® EMF450 meter. We compared the values of non ionizing radiation (NIR) found in the environment with the levels reported to affect the biological systems of both humans and animals. We also compared these values with the limits established both nationally and internationally. The highest average CM and RF values in the central zone were 6.38 µT and 1316 µW/m2, respectively, while in the housing area, they were 5.08 µT and 66 µW/ m2. The values we registered were below the permissible limits both nationally and internationally. However, they were above the reported threshold that could trigger adverse health effects according to some authors. These values are within the limits established by the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP). Further studies are required as there is still nothing conclusive regarding this type of radiation and its effects.

Resumen El objetivo de este estudio fue estimar la contaminación electromagnética de radiofrecuencia (RF) y campo magnético (CM) durante un año registrando su intensidad cerca de escuelas, hospitales, locales comerciales y viviendas en una zona comercial y en otra residencial de Xochimilco, Ciudad de México. La RF y el CM se midieron utilizando un medidor EXTECH® EMF450. Los valores obtenidos de radiación no ionizante (RNI) en el medio ambiente se compararon con aquellos que, según algunos autores, afectan los sistemas biológicos tanto en humanos como en animales. Asimismo, se compararon los valores con los límites establecidos a nivel nacional e internacional. Los valores promedio más altos de CM y de RF en la zona comercial fueron de 6.38 µT y de 1316 µW/m2, respectivamente, en tanto que en el área residencial fueron de 5.08 µT y 66 µW/m2. Los valores registrados estuvieron por debajo de los límites permisibles a nivel nacional e internacional, sin embargo, se encontraron por encima del umbral que, según reportes de algunos autores, podría desencadenar efectos adversos en la salud, aunque estaban dentro de los límites establecidos por la International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP). Es necesario investigar más al respecto, ya que aún no hay nada concluyente sobre este tipo de radiación y sus efectos.

DFT analysis of phosphorene and oxidized phosphorene as Cu²⁺ adsorbent materials from aqueous solution

Resumen Se hizo un estudio sistemático utilizando la teoría de los funcionales de la densidad (DFT) para lograr una mejor comprensión del papel de la concentración de oxígeno en el fosforeno prístino durante la adsorción de Cu2+ en sistemas acuosos. La caracterización electrónica del fosforeno y del fosforeno oxidado se calculó a partir de la brecha de energía y la dureza química. Los resultados permitieron concluir que los sistemas oxidados presentaron una brecha de energía y una dureza menores que las del sistema prístino. Además, a medida que aumentó la concentración de oxígeno, estos valores decrecieron. La interacción del Cu2+ con las diferentes superficies se caracterizó utilizando cargas atómicas, el índice de enlace y espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS). Los valores de la energía de adsorción indicaron que cuando el fosforeno está oxidado, la interacción con el Cu2+ fue más fuerte comparada con la de la superficie prístina. Asimismo, el aumento en la concentración de oxígeno mejoró las capacidades del fosforeno como adsorbente, lo cual se relaciona con la facilidad que tiene este sistema para la transferencia hacia el Cu2+ dados los reducidos valores de la brecha de energía y la dureza química. Nuestros resultados contribuyen a una mejor comprensión del efecto de la concentración de oxígeno en la superficie de fosforeno en la adsorción de Cu2+, lo que respalda la idea de que este tipo de materiales bidimensionales (2D) tiene uso potencial en la remoción de metales pesados de las aguas residuales.

Abstract We conducted a systematic study using the density functional theory (DFT) to provide a better understanding of the role of oxygen concentration in pristine phosphorene during Cu2+ adsorption in aqueous systems. The electronic characterization of phosphorene and oxidized phosphorene was done by calculating the gap and the chemical hardness. From the results, we concluded that the oxidized systems have a lower gap and hardness than the pristine system and that as the oxygen concentration increases, these values decrease compared to the other systems. The interaction of Cu2+ with the different surfaces was characterized using atomic charges, bond index, and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The adsorption energy values indicated that when phosphorene is oxidized, the interaction with Cu2+ is stronger compared to the pristine system and that the increase in the oxygen concentration also increases the adsorption capacity of phosphorene, which is related to the ease that this system has for the transfer to Cu2+ due to its small gap and chemical hardness values. Our results contribute to a better understanding of the effect of phosphorene surface oxygen concentration on Cu2+ adsorption reinforcing the idea that this type of 2D materials may potentially be used for heavy metal removal from wastewater.

Numerical comparison of generalized Newton-type methods and the extragradient algorithm for the nonlinear complementarity problem

Resumen En este artículo realizamos una comparación numérica de dos métodos tipo Newton generalizado, que utilizan las funciones de complementariedad mínimo y Fisher - Burmeister, respectivamente y un método que utiliza proyecciones llamado algoritmo extragradiente. Dado que el problema de complementariedad no lineal es de gran interés para muchos investigadores por sus numerosas aplicaciones en Ingeniería y Física, presentamos un estudio numérico comparativo que permita elegir uno de los métodos según la necesidad.

Abstract In this paper we carry out a numerical comparison of two generalized Newton-type methods, which use the minimum complementarity and Fisher-Burmeister functions, respectively, and a method that uses projections called the extragradient algorithm. Since the nonlinear complementarity problem is of great interest to many researchers due to its numerous appli cations in Engineering and Physics, we present a comparative numerical study that allows choosing one of the methods according to the need.

Alfred Russel Wallace: The controversial evolutionist

The Anthropocene, should it be a new geological time unit?

Two seas for what?

The largest amber-preserved flower revisited

Biomolecular analysis increase our knowledge on ancient Egypt embalming

From immunity to autoimmunity: 10,000 years of evolution of the immune response in humans

Transparency as an adaptive strategy

Ancestors in Evolutionary Biology, linear thinking about Branching Trees