RICERCA ITALIANA     

Computational tools for systems biology

Abstract

Il progetto svilupperà teorie e tecniche per la modellazione, analisi e simulazione di sistemi biologici complessi basate sulle algebre di processi. Sfrutterà le caratteristiche di composizionalità per ottenere strumenti scalabili e adattabili alla mole di dati che si vengono a produrre in biologia con strumenti high-throughput. Si inizierà definendo delle primitive di specifica che siano ispirate dalla biologia ed esaminando lo stato dell'arte dei data base pubblici che memorizzano le principali informazioni biologiche disponibili. Sulla base di quanto ottenuto proseguiremo definendo dei meccanismi di traduzione (semi-) automatica dei modelli SBML memorizzati nelle basi di dati in algebre di processo e svilupperemo prototipi per la loro simulazione e analisi. In questa fase verificheremo anche l'opportunità di influenzare standards per la rappresentazione della dinamica dei sistemi biologici. Infine ci confronteremo con laboratori sperimentali per acquisire direttamente i dati prodotti dagli esperimenti e per effettuare simulazioni di casi di studio reali al fine di sintonizzare le tecniche e gli strumenti proposti alla realtà biologica. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Corrado PRIAMI, The Microsoft Research-University of Trento Centre for Computational and Systems Biology

Obiettivo del Finanziamento

Gli obiettivi generali del Centre for Computational and Systems Biology sono:

1. avanzare lo stato della conoscenza dei sistemi biologi e dell’eziologia delle malattie attraverso la creazione del centro di ricerca che riunirà scienziati di diverse discipline per effettuare ricerche avanzate nel campo dei modelli computazionali per i sistemi biologici;
2. Parallelamente, condurre ricerche per definire nuovi paradigmi computazionali e di comunicazione che siano bio-mimetici, cioè basati su nuovi principi appresi dalla ricerca condotta sui sistemi biologici interpretati come sistemi di elaborazione delle informazioni;
3. stabilire collaborazioni con scienziati sperimentali sia a livello nazionale che internazionale per mantenere una stretta relazione con dati biologici reali;
4. utilizzare i risultati della ricerca. Questo dovrebbe avvenire attraverso lo sviluppo di nuovi strumenti computazionali per facilitare la modellazione predittiva dei sistemi e processi biologici, sia a livello di ricerca di base che applicata. Tali strumenti potrebbero essere di supporto alla ricerca di base per applicazioni come migliori terapie mediche e protezione ambientale;
5. divulgare e comunicare i risultati della ricerca per il beneficio della comunità scientifica globale sia attraverso pubblicazioni, conferenze e giornate di lavoro aperte a tutti, che fornendo gratuitamente accesso agli strumenti sviluppati dal Centro per scopi scientifici non commerciali.

Più in dettaglio e raggruppati per tipologia abbiamo

1. Nuove idee, nuove conoscenze, nuovi modelli interpretativi di fenomeni complessi
a. Definizione di nuove primitive ispirate dalla biologia per modellare sistemi (biologici) complessi. Le stesse primitive saranno la base per la definizione di nuovi linguaggi di programmazione che potranno essere applicati anche in domini applicativi diversi dalla biologia
b. Modellazione mediante i nuovi meccanismi di fenomeni biologici rilevanti dal punto di vista pratico
c. Definizione di meccanismi di estrazione automatica di modelli basati su calcoli per sistemi biologici a partire da formalismi di scambio dati tipo SBML
d. Definizione di nuove teorie per l’inferenza di modelli biologici a partire da insiemi incompleti di dati sperimentali.

2. realizzazione di prototipi
a. Definizione e realizzazione delle macchine astratte necessarie ad eseguire le primitive definite in 1.a e rispettivi linguaggi di programmazione.
b. Realizzazione di un prototipo per la visualizzazione dell’informazione dinamica all’interno di basi di dati.
c. Realizzazione dei prototipi che implementano le definizioni in 1.c.
d. Realizzazione dei prototipi per il punto 1.d.

3. sviluppo di software innovativo
a. Realizzazione di ambienti integrati di modellazione, simulazione e analisi di sistemi (biologici) complessi basati su calcoli stocastici.

4. messa in opera di metodologie scientifiche avanzate
a. Simulazione dei modelli predisposti e confronto dei risultati con i dati sperimentali disponibili.
b. Applicazione dei prototipi in 2.c a casi di studio reali.

5. Interazione con la biologia sperimentale
a. Sintonizzazione dei meccanismi di modellazione definiti in 1.a e prototipati in 2.a attraverso lo studio di casi reali. Questo può portare alla migliore comprensione di fenomeni biologici e alla loro formale modellazione e sistematizzazione.
b. Descrizione dello stato dell’arte nella realizzazione di basi di dati per rappresentare sistemi biologici.<<<

Durata

36 mesi