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

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

Lecce, 15/01/2020
Marta Cavo, ERC-postdoctoral research fellow at the CNR Institute of Nanotechnology in Lecce (ERC-StG INTERCELLMED No., 759959, PI: Dr. Loretta L. del Mercato), have been selected to receive a Scholar-in-Training Award (USD $625). The Scholarship will support her attendance at the Conference on The Evolving Landscape of Cancer Modeling, organized by the American Association for Cancer Research (AACR), to be held on 2-5 March 2020 in San Diego (California), where she will present the work "Quantifying stroma-tumor cell interactions in three-dimensional cell culture systems". Link to the conference:

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