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PROGRAMMA DI RICERCA 2006

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
Bibliografia
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Parole Chiave
BIOLOGIA DEI SISTEMI, BIOCONCORRENZA, CALCOLI E MODELLI ISPIRATI DALLA BIOLOGIA

Sistemi e calcoli di ispirazione biologica e loro applicazioni -- BISCA

Università di Pisa
Abstract
Intendiamo sviluppare e usare metodi tipicamente informatici per descrivere, analizzare e realizzare in silico sistemi biologici. Oltre a tale modellizzazione, ci aspettiamo che i meccanismi con cui la materia vivente si organizza e interagisce ci suggeriranno nuovi paradigmi di computazione e nuovi formalismi utili nell’intera area delle scienze e tecnologie dell’informazione.
Il progetto sarà focalizzato su linguaggi e modelli per la specifica di sistemi biologici, per la simulazione della loro dinamica e per la verifica formale di sue proprietà.

Ci concentreremo soprattutto sulla specifica e l’analisi delle interazioni intra- ed inter-cellulari. Le descrizioni di questi fenomeni includeranno sia aspetti qualitativi, tra cui relazioni causa-effetto, e aspetti quantitativi, per esempio quelli dipendenti dal tempo o da distribuzioni di probabilità la cui descrizione è cruciale per modellare sistemi biologici. Tali aspetti qualitativi e quantitativi richiedono nuove estensioni e arricchimenti alle tecniche automatiche di analisi di cui disponiamo e lo sviluppo di nuovi modi e tecniche.

Intendiamo usare meccanismi linguistici e modelli che siano specificamente ritagliati per descrivere e manipolare aspetti della materia vivente quali reazioni bio-chimiche, vie metaboliche e membrane. Sarà di conseguenza necessario adattare modelli e primitive linguistiche esistenti e svilupparne di nuovi.

Le nostre proposte saranno messe a >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Pierpaolo Degano Università degli Studi di PISA
Obiettivo del Programma di Ricerca
Il nostro scopo nel lungo termine è duplice. Anzitutto, miriamo a scoprire nuovi modelli e teorie dell’informatica ispirate dal mondo biologico e a produrre tecniche e strumenti per trattare problemi informatici molto più complessi di quelli trattabili con la tecnologia corrente. In secondo luogo, ci proponiamo di fornire ai biologi un ambiente per studiare a livello di sistema problemi non affrontabili senza l’uso dell’informatica. Questo ambiente offrirà ai biologi strumenti di modello, di analisi e di simulazione capaci di trattare comportamenti complessi e di rappresentare proprietà emergenti.

Noi auspichiamo perciò una convergenza tra le scienze dell’informazione e quelle della vita e ci collochiamo sul lato informatico della Biologia dei Sistemi. Questo paradigma emergente muove dal classico approccio riduzionistico verso una comprensione della vita a livello di sistema, dove appaiono comportamenti impredicibili e complessi. Essenziale per questo cambiamento è lo spostamento di attenzione che sta avvenendo da struttura a funzionalità. Poiché le scienze dell’informazione hanno come oggetto di studio le modalità di funzionamento dei sistemi, a differenza della matematica o della fisica che guardano solo al risultato, esse saranno di grande aiuto per sviluppare una teoria del funzionamento di sistemi biologici , visti come insiemi di processi di calcolo. Nella nostra terminologia , passare da struttura a funzione equivale ad equipaggiare la sintassi con una >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
I recenti e spesso sorprendenti sviluppi in biologia hanno prodotto una grande quantità di dati sulla struttura della materia vivente. Si consideri ad esempio il successo dello Human Genome Project. Molto minori sono invece le conoscenze sulle funzioni biologiche delle cellule e dei loro componenti. Perciò negli ultimi anni l’interesse scientifico si è spostato dalla struttura alla funzionalità, ed è nato un nuovo paradigma, detto biologia dei sistemi [Kit02], che muove dal classico approccio riduzionistico verso una comprensione dei meccanismi della vita a livello di sistema.

C’è un generale accordo nella comunità scientifica che l’informatica sarà indispensabile alla biologia come la matematica lo è stata per la fisica. Ad esempio, la mappatura del genoma umano sarebbe stata impossibile senza calcolatori, algoritmi e sintassi per descriverne le strutture: è stato cruciale rappresentare il DNA come un linguaggio formale su un alfabeto di quattro caratteri e usare algoritmi di ricerca e confronto su stringhe. Allo stesso modo, l’informatica appare essenziale per capire il comportamento degli organismi viventi: passare da strutture a funzioni significa dotare la sintassi di una semantica.

Poiché le scienze dell’informazione hanno come oggetto di studio le modalità di funzionamento dei sistemi, a differenza della matematica o della fisica che guardano solo al risultato, esse saranno di grande aiuto per sviluppare una teoria del funzionamento di >>>