CRESCO: Linea Attività II

• Coordinamento:– dr. Vittorio Rosato

• Focus: – Sviluppo di tecnologie e modelli computazionali

per la descrizione di sistemi complessi di origine biologica  e di materiali innovativi

• Partners:– CETMA (Brindisi)– PSTS (Palermo)– BioTekNet (Napoli)

SP Attività Descrizione Attuatore/Collaborazioni

II.1 RetiBiochimiche

Implementazione sulle architetture dicalcolo del Centro del codice COPASIper la sim ulazione di reti biochimichecomplesse. Integrazione in COPASI diuna serie di nuovi moduli (in SBML)provenienti dal lavoro dei LaboratoriENEA operanti nel settore dellebiotecnologie vegetali. Test svolti anchein collaborazione con il programma delpartner BioTekNet.

ENEA CamoBioTekNetUniv. Hertfordshire (UK)EML Heidelberg (D)

II.2 Bioinformatica

Sviluppo di un database e di tool per lacreazione di modelli di reti metaboliche egenetiche per lo studio di ba tteri delgenere Pseudomonas.

ENEA Camo-INFOConsorzio Sicilia PTPSUniv. di Catania

II.3 PolimorfismiAnalisi del polimorfismo di sequenza delDNA mitocondriale nella popolazioneitaliana

ENEA Biotec

II.4 SinteringSviluppo di modelli numerici per analisistrutturali e processi di sinterizzazione Consorzio CETMA

LA II : Riassunto attività

SP Titolo Partners Totale(€ )

ENEA(€ )

Partners(€ )

Delta(€ )

II.1 Reti Biochimiche BioTekNet 438.000 338.000 100.000 206.600II.2 Bioinformatica PSTS 294.000 194.000 100.000 105.800II.3 Polimorfismi Enea Biotec 308.000 308.000 0 215.600II.4 Sintering CETMA 504.000 204.000 300.000 52.800

Totale 1.544.000 1.044.000 500.000 580.800

LA II : Riassunto costi

Totale = costo totale attivitàENEA= costo attività ENEAPartners = ammontare contratto tra ENEA e partnersDelta = finanziamento per ENEA(Delta = Totale * 0.7 - Partners)

SommarioSommario

-Attività ENEA• ENEA-FIM• ENEA-BIOTEC

-Attività CETMA

-Attività PSTS

-Attività BioTekNet

www.sbml.org

ENEA-BIOTEC:Realizzazione di banca dati e di analisi polimorfismi (aplotipi)

IL DNA contiene differenze che forniscono una varietà dei tratti genici degli individui. Il progetto propone di creare una banca dati relativa al sequenziamento del DNA mitocondriale (che ha carattere di grande stabilità e contiene variazioni significative).

Tali dati possono permettere l’identificazione di domini filogenetici specifici (genomica forense)

Attività previste (parte ENEA):

(1) Reclutamento AdR per ENEA-Portici(2) Acquisizione competenza SBML(3) Stage eventuale all University Hertforshire (UK) presso SBML(4) Design di un modello biochimico di interesse per partners(5) Acquisizione tool per la simulazione reti (es. COPASI)(6) Deployment degli strumenti a favore delle attivita’ dei partners(7) Customizzazione del codice sulle macchine di CRESCO(8) Eventuale tentativo (con LAI) per il design di motori dedicati

per l’elaborazione delle parti computazionalmente rilevanti(9) Produzione di risultati scientifici e di strumenti stato-dell’arte

Attività di ricerca di BioTekNet nell’ambito del Progetto CRESCO

OBIETTIVI

I polisaccaridi prodotti da alcuni ceppi di Escherichia coli, Pastorella multocida e Streptococcus equi possono essere utilizzati come precursori per la sintesi di alcuni glicosamminoglicani di interesse nel settore farmaceutico, quali l’eparina, la condroitina e l’acido ialuronico.

Obiettivo generale del progetto è quello di incrementare la produzione di polisaccaridi microbici di interesse biotecnologico attraverso lo sviluppo di strategie di ingegneria metabolica.

In particolare l’attività di ricerca comporterà:

1)l’individuazione, tra le tipologie di microrganismi in precedenza citate, di un idoneo sistema modello, che abbia caratteristiche di generalità e valenza industriale;

2)l’individuazione dei nodi fondamentali del percorso biosintetico del polisaccaride di interesse;

3)l’implementazione del ceppo per l’over-espressione del polisaccaride basata sui dati sperimentali e su simulazioni al calcolatore dei pathway biochimici.

Si articola nei seguenti obiettivi realizzativi intermedi:

OR.1: Raccolta dati e progettazione di un database

OR.2: Analisi delle principali vie metaboliche

OR.3: Ricerca e progettazione di tool per lo sviluppo di modelli di reti metaboliche

ATTIVITA’ PSTS

“Progettazione di un database e ricerca sui tool disponibili per la creazione di modelli di reti

metaboliche e genetiche per lo studio di batteri del genere Pseudomonas”.

A1 Ricerca sorgenti dei dati specifici al genere Pseudomonas

A2 Raccolta di dati bioinformatici

A3 Progettazione di un Database

A4 Realizzazione di un Database

A5 Progettazione di una interfaccia web

OR1

ATTIVITA’ PSTS

OR2

A1 Individuazione di metaboliti di interesse scientifico e analisi delle relative vie metaboliche

A2 Analisi bioinformatica e regolazione dei geni coinvolti nella via metabolica dei PHA

A3 Attività di analisi e ricerca di modelli in silico

OR3A1 Ricerca ed analisi degli strumenti informatici

A2 Analisi e progettazione di uno strumento di workflow

Progetto Cresco

Attività CETMA:

SP II.4 Sviluppo di modelli numerici per analisi strutturali complesse e processi di sinterizzazione

SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse

Modellazione di strutture complesse costituite da materiali a comportamento non lineare quali i materiali compositi e le leghe a memoria di forma (SMA - Shape Memory Alloy)

SP II.4.2 Simulazione del processo di sinterizzazione di ceramici tradizionali

Sviluppo di modelli comportamentali di materiali ceramici per la simulazione numerica del processo produttivo

Modellazione di strutture composite con filamenti in SMA

(shape memory alloy)

Le difficoltà principali nel modellare strutture composite con filamenti in SMA sono di diverso tipo:

• difficoltà nel descrivere il comportamento termomeccanico del materiale SMA;

• introduzione di fenomeni di interfaccia dovuti all’accoppiamento con la restante parte della struttura (ad esempio interfaccia filamento SMA-matrice);

• necessità di modellare contemporaneamente fenomeni fisici di tipo diverso: fisico, termico e meccanico (ad esempio nella simulazione di attuatori attivati attraverso riscaldamento per effetto joule dei filamenti SMA).

SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse

Evoluzione dei modelli full-scale:

• 1985, 25 ore di CPU Cray-1 per simulare 100ms di crash su un modello ESTREMAMENTE ridotto, 8000 elementi

• oggi, 28 ore di NEC per simulare 100ms di crash su un modello con circa 800000 elementi

• Con un incremento della dimensione del modello di circa 2 ordini di grandezza, il tempo di calcolo è rimasto circa lo stesso: è aumentato il dettaglio dei modelli

SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse

Modello comportamentale del materiale in cottura

Barrette di materiale ceramico di differente composizione. Deformazione a fine cottura

Analisi di sensitività per la messa a punto dei parametri del modello comportamentale su geometrie semplici

Simulazione del processo di sinterizzazione su geometrie complesse

Necessità: elevate potenze di calcolo

SP II.4.2 Simulazione del processo di sinterizzazione di ceramici tradizionali