Descrizione della commessa "Modelizzazione molecolare di sistemi biologici (MD.P06.026)"

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  • Descrizione della commessa "Modelizzazione molecolare di sistemi biologici (MD.P06.026)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Molte delle nostre attivita' di ricerca sono rivolte allo studio del processo biologico alla base di varie malattie: il cancro, malattie neurodegenerative, restistenza agli antibiotici. Le metodologie innovative per l'identificazione di domini rigidi in proteine isolate o in loro complessi sono rese disponibili in un server pubblicamente accessibile http://pisqrd.escience-lab.org/. Gli algoritmi utilizzati per la simulazione di eventi rari potrebbero avere importanti applicazioni nel problema del protein folding. (literal)
  • Molte delle nostre attività di ricerca sono rivolte allo studio del processo biologico alla base di varie malattie: il cancro, malattie neurodegenerative, resistenza agli antibiotici, diabete. (literal)
Strumentazione
  • Per effettuare i nostri calcoli ogni anno vengono utilizzate circa decine di milioni di CPU hrs prevalentemente su Blugene al CINECA di Bologna. (literal)
  • Per effettuare i nostri calcoli ogni anno vengono utilizzate circa 200,000 CPU hrs prevalentemente su IBM sp6 (e su altri cluster linux) al CINECA di Bologna, un cluster linux locale gestito da DEMOCRITOS composto da 23 CPU. Inoltre sono utilizzate circa 15 workstations linux con quattro processori. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'attività di ricerca della commessa si basa sull'ultilizzo di metodi di simulazione di dinamica molecolare ab initio (Car-Parrinello) e dinamica molecolare basata su force field per comprendere meccanismi molecolari di sistemi biologici. Inoltre si usano tecniche di bioinformatica per la predizione strutturale di proteine di membrana. Parte dell'attivita' ricerca e' finalizzata a sviluppare algoritmi e metodologie per la simulazione di eventi rari in sistemi biologici. Inoltre, si applicano strumenti e concetti tipici della meccanica statistica in un contesto biologico. Una delle tematiche di ricerca della commessa e' lo sviluppo di modelli coarse grain per catturare le caratteristiche principali di cinetica e termodinamica del protein folding e della risposta elastica di vari biopolimeri. (literal)
  • La nostra attivita' di ricerca utilizza calcoli di dinamica ab initio (Car-Parrinello) e dinamica molecolare classica per comprendere meccanismi molecolari di sistemi biologici e biomimetici. Inoltre si usano tecniche di bioinformatica per la predizione strutturale di proteine di membrana. Parte dell'attivita' ricerca e' finalizzata a sviluppare algoritmi e metodologie per la simulazione di eventi rari in sistemi biologici. Inoltre si applicano strumenti e concetti tipici della meccanica statistica in un contesto biologico. Una delle tematiche di ricerca della commessa e' lo sviluppo di modelli coarse grain per catturare le caratteristiche principali di cinetica e termodinamica del protein folding e della risposta elastica di vari biopolimeri. (literal)
Competenze
  • Conoscenza di tecniche per la modellizzazione di sistemi biologici: dinamica molecolare, classica, ab initio, tecniche miste QM/MM e coarse grain. (literal)
  • Conoscenza di tecniche per la modellizzazione di sistemi biologici: dimamica molecolare, classica, ab initio, tecniche miste QM/MM e coarse grain. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati delle nostre ricerce potrebbero essere impiegati nel design di faraci piu' selettivi e con meno effetti collaterali per le malattie che stiamo studiando. (literal)
  • I risultati delle nostre ricerche potrebbero essere impiegati nel design di farmaci piu' selettivi e con meno effetti collaterali per le malattie che stiamo studiando e nel design di materiali di nanobiotecnologia (cancro, malattie neurodegenerative, diabete, resistenza agli antibiotici). (literal)
Tecnologie
  • I metodi teorici elencati sopra sono utilizzati per le nostre attivita' di ricerca. Questi calcoli vengono fatti su workstation locali o prevalentemente su cluster al CINECA di Bologna (literal)
  • I metodi teorici elencati sopra sono utilizzati per le nostre attivita' di ricerca. Questi calcoli vengono fatti su workstation locali o prevalentemente sui cluster al CINECA di Bologna. (literal)
Obiettivi
  • I nostri progetti di ricerca sono rivolti allo studio di proteine ed enzimi (contenenti metalli) di grande interesse farmacologico (target di diversi tipi di cancro) e allo studio di interazioni tra farmaci antitumorali (organici e inorganici) e DNA, allo studio di proteine di membrana trasportatori del glucosio che sono target del diabete. (literal)
  • I nostri progetti di ricerca sono rivolti allo studio di proteine ed enzimi (contenenti metalli) di grande interesse farmacologico (mordo di Alzheimer, Parkinson, idrolisi di antibiotici etc) e allo studio di interazioni tra farmaci antitumorali (organici e inorganici) e DNA. Infine tecniche di bioinformatica strutturale vengono utilizzate per determinare la struttura di canali ionici e recettori di membrana quali quelli responsabili dell'olfatto e del gusto. Si prevede di procedere nella definizione di un \"framework\" teorico-computazionale per implementare l'approccio multiscala per identificare i gradi di liberta' salienti di proteine isolate o interagenti. Infine si intende realizzare un ulteriore server per consentire di paragonare la dinamica funzionale in proteine aventi diverso fold. Tale strumento, fornirebbe il complemento ideale alle tecniche comparative (allineamento) gia' esistenti e che struttano informazioni di sequenza e di struttura. Si prevede infine un approfondimento e miglioramento delle tecniche di simulazione di eventi rari con particolare attenzione al problema del protein folding. (literal)
Stato dell'arte
  • Le tecniche di simulazione biomolecolare hanno avuto un ruolo sempre piu' importante nella comprensione di aspetti fondamentali dei meccanismi molecolari dei processi cellulari, inaccessibili all'esperimento. BioMod sta dando un contributo significativo a questi campi, in particolare allo studio di sistemi bioinorganici e nella comprensione della correlazione tra struttura funzione di proteine, (literal)
  • Le tecniche di simulazione biomolecolare e di bioinformatica stanno avendo un vero 'boom' negli ultimi anni. Tramite queste tecniche, si sono scoperti aspetti fondamentali dei meccanismi molecolari dei processi cellulari, inaccessibili all'esperimento. BioMod sta dando un contributo significativo a questi campi, in particolare allo studio di composti biomimetici inorganici e nella bioinformatica strutturale. Le metodologie innovative per l'identificazione di domini rigidi in proteine isolate o in loro complessi sono rese disponibili in un server pubblicamente accessibile http://pisqrd.escience-lab.org/. Molti metodi sono stati sviluppati per la simulazione di eventi rari che avvengono su scale di tempi enormemente lunghi per una simulazione al computer. Nella commessa parte dell'attivita' di ricerca e' dedicata a migliorare queste tecniche per renderle capaci di stimare l'energia libera di binding e la geometria dei complessi tra leganti e proteine e il folding di proteine. (literal)
Tecniche di indagine
  • I metodi teorici utilizzati per lo sviluppo della nostra attivita' di ricerca comprendono dinamica molecolare classica, dinamica molecolare ab initio, tecniche ibride QM/MM, tecniche coarse grain, tecniche ibride coarse grain/classiche, bioinformatica, docking. (literal)
  • I metodi teorici utilizzati per lo sviluppo della nostra attività di ricerca comprendono dinamica molecolare classica, dinamica molecolare ab initio, tecniche ibride QM/MM, tecniche coarse grain, tecniche ibride coarse grain/classiche, bioinformatica, docking. (literal)
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