Calcolo Scientifico e Big Data

Utilizziamo calcolo parallelo e basato su GPU per l’analisi di diversi problemi. In particolare, sviluppiamo codici paralleli ottimizzati per la simulazione Monte Carlo di dinamiche con variabili continue, la dinamica di popolazioni per Belief Propagation e per metodi di cavita’ su grafi aleatori, e per la massimizzazione della Pseudolikelihood.

Algoritmi. Siamo interessati allo sviluppo di tecniche computazionali efficienti ispirate dalla meccanica statistica dei sistemi disordinati per problemi di inferenza e ottimizzazione da grandi database sperimentali, specialmente relativi a sistemi biologici complessi. Fra le applicazioni rilevanti figurano l’analisi dell’espressione genica da dati a singola cellula, lo studio delle leggi di conservazione cinetiche e termodinamiche in reti biochimiche e metaboliche cellulari, la variabilita’ evolutiva di sequenze di proteine, lo studio della variabilita’ cellula-cellula in popolazioni batteriche a livello fisiologico (rates di crescita) e molecolare, e l’inferenza di reti complesse di interazione (proteina-proteina, proteina-DNA e RNA-RNA) da dati genomici e/o termodinamici. Lavoriamo inoltre sullo sviluppo di modelli multi-scala per l’ingegneria metabolica di organismi unicellulari e la simulazione su larga scala di tessuti umani.

 

Simulazioni biofisiche: Competizione molecolare sui recettori. Molti processi biologici si basano sull’interazione tra un recettore e varie molecole partner che si possono legare a questo. Per chiarire queste interazioni, gli esperimenti ‘in vitro’ solitamente analizzano il recettore in presenza di un’altra singola molecola. Tuttavia, i meccanismi ‘in vivo’ sono molto più complessi e possono esserci fenomeni di competizione tra diversi partner molecolari per lo stesso recettore, oppure tra differenti molecole dello stesso tipo che potrebbero associarsi in più regioni distinte dello stesso recettore secondo varie modalità di legame. Simulazioni al calcolatore possono aiutare ad una mappatura sistematica delle varie possibili combinazioni.

Facilities and Labs

S.Li.M. Lab @ Roma

People

Andrea_DeMArtinoAndrea

De Martino

Ricercatore CNR

Bruno_RizzutiBruno

Rizzuti

Ricercatore CNR

leuzziLuca

Leuzzi

Ricercatore CNR

fabrizioantenucci_postdocFabrizio

Antenucci

PostDoc Associato

alessiamarruzzo_postdocAlessia

Marruzzo

PostDoc Associato

Publications

  1. S. Evoli, D.L. Mobley, R. Guzzi, B. Rizzuti, Multiple binding modes of ibuprofen in human serum albumin identified by absolute binding free energy calculations, bioRxiv, 8, 1-27, (2016) doi:10.1101/068502.
  2. Regularization and decimation pseudolikelihood approaches to statistical inference in XY-spin models, P Tyagi, A Marruzzo, A Pagnani, F Antenucci, L Leuzzi, Physical Review B 94, 024203 (2016), Doi: 10.1103/PhysRevB.94.024203.
  3.  Multi-body quenched disordered XY and p-clock models on random graphs. A Marruzzo, L Leuzzi, Physical Review B 93, 094206 (2016) Doi: 10.1103/PhysRevB.93.094206.
  4.  M Mori, T Hwa, OC Martin, A De Martino and E Marinari. Constrained Allocation Flux Balance Anal- ysis. PLoS Comp Biol 12:e1004913 (2016) Doi: 10.1371/journal.pcbi.1004913
  5. A Martirosyan, M Figliuzzi, E Marinari and A De Martino. Probing the limits to microRNA-mediated control of gene expression. PLoS Comp Biol 12: e1004715 (2016) Doi: 10.1371/journal.pcbi.1004715
  6. Nonlinear XY and p-clock models on sparse random graphs: Mode-locking transition of localized waves, A Marruzzo, L Leuzzi, Physical Review B 91, 054201 (2015) Doi: 10.1103/PhysRevB.91.054201
  7. Statistical mechanical theory of mode-locked multimode lasers in closed cavity: determination of thresholds, spectra, pulse phase delays and pulse correlations. F Antenucci, M Ibanez Berganza, L Leuzzi, Phys. Rev. A 91, 043811 (2014) Doi:.10.1103/PhysRevA.91.043811
  8. D De Martino, F Capuani and A De Martino. Inferring metabolic phenotypes from the exometabolome through a thermodynamic variational principle. New J Phys 16: 115018 (2014) Doi: 10.1088/1367-2630/16/11/115018
  9. A De Martino, D De Martino, R Mulet and A Pagnani. Identifying all moiety conservation laws in genome-scale metabolic networks, PLoS ONE 9:e100750  (2014)  Doi: 10.1371/journal.pone.0100750
  10. A Seganti, F Ricci Tersenghi and A De Martino. Searching for feasible stationary states in reaction net- works by solving a Boolean constraint satisfaction problem. Phys Rev E 89:022139 (2014) Doi: 10.1103/PhysRevE.89.022139

Other selected publications

  1. FA Massucci, M DiNuzzo, F Giove, B Maraviglia, I Perez Castillo, E Marinari and A De Martino. Energy metabolism and glutamate-glutamine cycle in the brain: a stoichiometric modeling perspective. BMC Sys Biol 7:103 (2013) Doi: 10.1186/1752-0509-7-103
  2. D De Martino, F Capuani, M Mori, A De Martino and E Marinari. Counting and correcting thermody- namically infeasible flux cycles in genome-scale metabolic networks. Metabolites 3:946 (2013) Doi: 10.3390/metabo3040946
  3. FA Massucci, F Font Clos, A De Martino and I Perez Castillo. A novel methodology to estimate metabolic flux distributions in constraint-based models. Metabolites 3:838 (2013) Doi: 10.3390/metabo3030838
  4. A Seganti, A De Martino and F Ricci Tersenghi. Boolean constraint satisfaction problems for reaction networks. J Stat Mech P09009 (2013) Doi:10.1088/1742-5468/2013/09/P09009
  5. D De Martino, M Figliuzzi, A De Martino and E Marinari. A scalable algorithm to explore the Gibbs energy landscape of genome-scale metabolic networks. PLoS Comp Biol 8:e1002562 (2012) Doi: 10.1371/journal.pcbi.1002562

Latest News

Scholar-in-Training Award dell'AACR a Marta Cavo

Lecce, 15/01/2020
Marta Cavo, giovane assegnista di ricerca ERC all'istituto di Nanotecnologia del CNR di Lecce, si è aggiudicata lo “Scholar-in-Training Award” (USD $625) dell'American Association for Cancer Research (AACR). La selezione premia la sua partecipazione alla conferenza internazionale "The Evolving Landscape of Cancer Modeling”, organizzata dall'American Association for Cancer Research (AACR), che si terrà nei giorni 2-5 Marzo 2020 a San Diego, California, dove presenterà il lavoro  “Quantifying stroma-tumor cell interactions in three-dimensional cell culture systems” . Link al convegno: https://www.aacr.org/Meetings/Pages/MeetingDetail.aspx?EventItemID=198&DetailItemID=975

Link alla descrizione del premio: https://www.aacr.org/Meetings/PAGES/TRAVEL%20GRANTS/AACR-SCHOLAR-IN-TRAINING-AWARDS-OTHER-CONFERENCES-AND-MEETINGS___36A82A.ASPX#.U9p4raPg_j5

I° meeting TecnoMed Puglia

Lecce, 05 dicembre 2019 - Aula Rita Levi Montalcini - CNR NANOTEC Lecce

Si terrà domani, giovedì 05 dicembre, con inizio alle ore 14.00 presso l'aula Rita Levi Montalcini del Cnr Nanotec, il "I° meeting TecnoMed Puglia: Tecnopolo per la medicina di precisione". Il meeting mira a fare il punto sulle attività programmate, sullo stato di avanzamento e sugli highlights.

Puoi scaricare la locandina da qui

Jam session Nanotec... note di scienza su scala nanometrica

Lecce, 27 settembre 2019 - ex monastero degli Olivetani   "CAR-T: l'alba di una nuova era" con: Attilio Guarini (IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari) introduce e modera: Marco Ferrazzoli (Ufficio Stampa CNR Roma) a cura di: Gabriella Zammillo  

Le CAR-T (Chimeric Antigens Receptor Cells-T) sono cellule modificate in laboratorio a partire dai linfociti T. Rappresentano una nuova strategia di cura che sfrutta il sistema immunitario per combattere alcuni tipi di tumore come linfomi aggressivi a grandi cellule e leucemie linfoblastiche acute a cellule B. Il prof Attilio Guarini, ematologo all’Istituto tumori Giovanni Paolo II di Bari, le definisce la “vis sanatrix naturae della antica medicina salernitana”, trattandosi del potenziamento dell’attività citotossica dei linfociti del paziente opportunamente ingegnerizzati per riconoscere e contrastare alcuni tipi di cellule tumorali.

 

Le CAR-T possono quindi essere definite un “farmaco vivente” proprio perché prodotto a partire dalle cellule dello stesso paziente aprendo così ad un nuovo mondo, considerato che i farmaci convenzionali sono prodotti da sostanze chimiche o, in alternativa, sono anticorpi prodotti in laboratorio dai biologi. Un trattamento estremamente complesso e costoso, non sempre applicabile, ma laddove possibile, dai risultati incoraggianti per le aspettative di vita. Lo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di CAR-T è parte integrante delle attività di ricerca condotte dal TecnoMed Puglia, il TecnoPolo per la Medicina di Precisione, coordinato da Giuseppe Gigli direttore del Cnr Nanotec di Lecce, e che nel suo nucleo fondatore vede anche l’IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari, il Centro di malattie neurodegenerative e dell’invecchiamento cerebrale dell’Università di Bari con sede presso l’Ospedale " G. Panico" di Tricase e la Regione Puglia.

 

L'evento apre la nuova stagione della rassegna divulgativa "Jam session Nanotec: note di scienza su scala nanometrica", un progetto Cnr Nanotec di Gabriella Zammillo, realizzato in collaborazione con Liberrima.

A condurre e moderare la serata, Marco Ferrazzoli, capo ufficio stampa dal CNR.   Puoi scaricare la locandina da qui