Scientific Computing & Big Data

We exploit parallel computing on single and multi Graphic Processing Units (GPU’s) for several problems. In particular, we develop optimised parallel codes for continuous variables Monte Carlo dynamics, Population dynamics for Belief propagation and Cavity method in random graphs, and Pseudolikelihood maximisation.

 

Algorithms. We are interested in the development of efficient computational techniques for the study of inference and optimization problems in large experimental data bases, mostly for complex biological systems. Among the key application domains are the analysis of gene expression at single cell resolution, the study of kinetic and/or thermodynamical conservation laws in cellular metabolic networks, the analysis of evolutionary variability in protein sequences, the characterization of cell-to-cell variability in microbial populations (at both the physiological and the molecular level), and the inference of complex interaction networks (protein-protein, protein-DNA, RNA-RNA) from genomic and/or thermodynamic data. In addition, we work on the development of multi-scale models for metabolic engineering of unicellular organisms and large-scale simulation of human tissues.

 

Biophysical simulations: Molecular competition on receptors. Many biological processes are based on the interaction between a receptor and various partner molecules that can bind it. To clarify these interactions, ‘in vitro’ experiments usually analyze the receptor in the presence of another single molecule. Nevertheless, ‘in vivo’ mechanisms are much more complex, and there can be competition phenomena among different molecular partners for the same receptor, or among different molecules of the same type that could associate to distinct regions of the same receptors through various binding modes. Computer simulations can help in a systematical mapping of the various possible combinations.

Facilities and Labs

S.Li.M. Lab @ Roma

People

Andrea_DeMArtinoAndrea

De Martino

CNR Researcher

Bruno_RizzutiBruno

Rizzuti

CNR Researcher

leuzziLuca

Leuzzi

CNR Researcher

fabrizioantenucci_postdocFabrizio

Antenucci

Associate PostDoc

alessiamarruzzo_postdocAlessia

Marruzzo

Associate PostDoc

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

DIAGNOSTICS OF BRAIN DISEASES VIA STEM CELLS

 01 luglio 2019 - ore 14:15

 

Cnr Nanotec Lecce

 

Realizzato nell'ambito delle attività del progetto "TecnoMed Puglia - Tecnopolo per la medicina di precisione", il meeting è dedicato allo studio delle malattie neurodegenerative: dai nuovi biomarcatori alle piu recenti modellizzazioni, per una migliore comprensione dei meccanismi di base e quindi per lo sviluppo di terapie sempre più ritagliate sul singolo paziente.

EIT RawMaterials Roadshow

21 giugno 2019 ore 09:00 – 15:00

   

Lecce, Aula Fermi Edificio Aldo Romano, Campus Ekotecne, Via Lecce-Monteroni

   

Farà tappa a Lecce il prossimo 21 giugno, presso l’Aula Fermi dell’edificio IBIL all’interno del Campus Ecotekne, l’EIT RawMaterials, la piattaforma per il sostegno all’innovazione finanziata dall’Istituto Europeo di Innovazione e Tecnologia (EIT).

   

L’EIT ha creato le cosiddette KIC – Knowledge Innovation Community, comunità che mirano alla promozione dell’innovazione e della formazione in Europa in settori cruciali, sostenendo l’imprenditorialità e favorendo il passaggio di nuove idee dalla fase di incubazione al mercato.

 

La EIT RawMaterials si impegna ad affrontare la sfida globale dell’approvvigionamento delle materie prime in Europa attraverso programmi e progetti che mirano allo sviluppo di tecnologia nell’intera catena di valore delle materie prime: dall’esplorazione delle risorse, all’industria mineraria, dai processi metallurgici alla sostituzione delle materie prime critiche o tossiche, dal riciclo dei materiali dei prodotti a fine vita sino alla progettazione di prodotti per l’economia circolare. Nell’ambito dei programmi di sviluppo a livello regionale, la EIT RawMaterials ha creato un Hub nella Regione Puglia coordinato da ENEA, al fine di incrementare il coinvolgimento degli ecosistemi locali nelle attività della KIC e del suo partenariato.

 

Il MedinHub avrà inoltre l’obiettivo di raggiungere nuove organizzazioni e promuovere la partecipazione delle industrie e delle PMI più innovative, nonché il coinvolgimento delle prestigiose università e centri di ricerca dell’area.

 

Link per la registrazione:

https://www.lyyti.in/EIT_RawMaterials_Roadshow__Lecce_9500

NanoInnovation 2019

Il Cnr Nanotec è tra i protagonisti di “NanoInnovation 2019", la manifestazione organizzata dall’Associazione italiana per la ricerca industriale (Airi) e dall’Associazione Nanoitaly, ospitata a Roma dall’11 al 14 giugno. Rivolta a ricercatori, imprenditori, industrie, enti di ricerca, NanoInnovation 2019 si propone come la più importante conferenza sulle nanotecnologie e le tecnologie abilitanti in Italia.

 

Il programma dettagliato dell’evento è disponibile al linkhttp://www.nanoinnovation2019.eu/

Tra i partecipanti del Cnr Nanotec:

- Clara Guido, “Non-viral gene delivery using polymeric NPs”;

- LucaLEUZZI, “Overview del progetto ATOM”;

- AlessiaCEDOLA, “La tomografia X e le sue applicazione: dai beni culturali all'industria elettronica”;

- FrancescoMATTEUCCI, “Nanodispositivi per il fotovoltaico integrato”;

- Giuseppe Valerio Bianco, “Chemical strategies to improve CVD graphene’s functionalities in technological applications”