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PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
Bibliografia
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Parole Chiave
CALCOLO MOLECOLARE; CALCOLO DNA; ALGORITMI BIOMOLECOLARI; CODIFICHE DNA; SISTEMI A MEMBRANE; MODELLI CELLULARI DISCRETI; DINAMICHE SU STRINGHE; ALLINEAMENTO DI SEQUENZE

Modelli simbolici di dinamiche cellulari.

Università degli Studi di Verona
Abstract
La ricerca intende sviluppare l'analisi di diversi temi di calcolo molecolare, per conseguire approfondimenti e risultati che pongano le basi per la costruzione e sperimentazione di modelli simbolici di dinamiche cellulari piu' maturi di quelli disponibili allo stato attuale dell'arte. I temi su cui si focalizzera' la ricerca si possono riassumere come segue:
- Analisi algoritmica ed informazionale della struttura del DNA.
- Sistemi a membrane e, in particolare, vari tipi di P-sistemi, loro estensioni e appplicazioni con particolare riguardo ai sistemi con comportamenti periodici complessi e con fenomeni di risonanza.
- Problemi combinatori legati ai temi precedenti e alle codifiche DNA di problemi NP-completi.
- Algoritmi di allineamento basati su sistemi a membrana.
- Formalizzazioni di specifici meccanismi regolatori della cellula attraverso strumenti simbolici del calcolo DNA e dei sistemi a membrane. Studio di casi notevoli.

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Vincenzo MANCA Università degli Studi di VERONA
Obiettivo del Programma di Ricerca
La ricerca intende sviluppare l'analisi di diversi temi di calcolo molecolare, per conseguire approfondimenti e risultati che pongano le basi per la costruzione e sperimentazione di modelli simbolici di dinamiche cellulari piu' maturi di quelli disponibili allo stato attuale dell'arte. L'obiettivo generale di questo programma di ricerca si articola nei seguenti obiettivi specifici:

1. Analizzare alcune caratteristiche combinatorie del DNA inerenti al suo carattere bilineare e mobile.

2a. Sviluppare e confrontare diversi modelli di calcolo molecolare, in particolare sistemi H e P e loro varianti parallele.
2b. Analizzare sistemi dinamici basati su stringhe con caratteristiche interessanti dal punto di vista biologico, quali: periodicita', quasi-periodicita', divergenza, stabilita'.

3. Confrontare sistemi a membrane con altri modelli di calcolo di ispirazione biologica (automi cellulari).

4. Formalizzare alcuni algoritmi di uso generale all'interno dei sistemi a membrana. Valutare le potenzialita' applicative di queste formalizzazioni con particolare riferimento all'analisi di dati biomolecolari.

5a. Applicare reti regolatorie, basate su membrane e meccanismi di riscrittura, all'analisi di interazioni cellulari.
5b. Valutare i modelli simbolici di dinamiche cellulari sulla base di caratteristiche combinatorie osservabili in casi di studio appropriati.

Risultati parziali attesi
Si prevede la produzione di articoli per la pubblicazione su riviste internazionali e per la presentazione a convegni internazionali dedicati al DNA Computing ed al calcolo molecolare.
Verra' steso un rapporto scientifico dettagliato sull'attivita' scientifica svolta, inquadrato in quello che sara' lo stato dell'arte esistente fino a quel momento e corredato di riferimenti alle pubblicazioni prodotte nell'ambito del progetto.
Grazie ai risultati parziali attesi da questa prima fase del programma, si prevede inoltre di costituire una base di lancio piu' avanzata della ricerca in programma per la seconda fase, rispetto alla base disponibile nello stato attuale dell'arte.Si prevede la produzione di articoli per la pubblicazione su riviste internazionali e per la presentazione a convegni internazionali dedicati al DNA Computing ed al calcolo molecolare.
Grazie ai risultati attesi dalla seconda fase del programma, si prevede di
- marcare un deciso progresso nella caratterizzazione degli algoritmi di allineamento filogenetico, e nella modellazione simbolica delle reti regolatorie genetiche e delle dinamiche di interazione cellulare;
- costituire una prima base di lancio per un software di sperimentazione e di valutazione di modelli simbolici di dinamiche cellulari. Un software di questo tipo non rientra ancora nell'orizzonte di molte ricerche in questo campo;
- aumentare in modo significativo la sinergia gia' esistente coi laboratori di >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Il progetto si colloca nel quadro del 'DNA Computing' e piu' in generale del Calcolo Molecolare, un paradigma di calcolo emerso recentemente che ha gia' ottenuto un ampio consenso internazionale e ha avuto uno straordinario effetto sinergico tra settori scientifici diversi e un profondo rinnovamento su temi di ricerca tradizionali. Dal 1995 si svolgono negli USA (e, piu' recentemente, in Europa e Giappone e finalmente quest'anno anche in Italia) conferenze internazionali 'on DNA based Computers' con il patrocinio di varie istituzioni tra cui: NSF (National Science Foundation), DIMACS (Science and Technology Center in Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science), AMS (American Mathematical Society), Princeton University, AT&T, Bell Labs.
L'inizio del DNA Computing puo' essere ricondotto ad un famoso esperimento di Leonard Adleman [1] svolto nel 1994. In esso si mostrava che una semplice istanza di un problema combinatorio poteva essere codificata con piccole sequenze di DNA e quindi, applicando a queste una serie di operazioni tipiche di laboratorio biotecnologico, si riusciva ad estrarre una codifica DNA della soluzione cercata. Ricerche anticipatrici dell'esperimento di Adleman furono condotte alla fine degli anni '80 da Tom Head, nell'ambito della teoria dei linguaggi formali [12]. Infatti, Head introdusse un meccanismo combinatorio per la generazione di linguaggi formali detto 'splicing' che cercava di mimare il comportamento ricombinante delle molecole >>>