Nuove prospettive

e sfide computazionali

nella ricerca biomedica

Angelo Facchiano

ISA - CNR

19 Dicembre 2007, CNR, Napoli

La ricerca biomedica è intesa come l’insieme degli studi, anzitutto in campo biologico e medico ma per estensione in qualunque altro ambito, finalizzati all’avanzamento nella conoscenza dei processi biologici nei sistemi viventi, in condizioni fisiologiche e patologiche, avendo come fine ultimo la salute dell’uomo.

Felson's law:

To steal ideas from one person is plagiarism; to steal from many is research.

Lo scenario della ricerca biomedica

Si modifica continuamente, in base alle nuove necessità e alle nuove tecnologie disponibili, che rendono possibili esperimenti ritenuti improbabili fino a poco tempo prima.

Ma al tempo stesso, lo sviluppo rende rapidamente obsolete le strumentazioni e le competenze acquisite.

I fondi per la ricerca dovrebbero aumentare nel tempo …

Una prima sfida:

Riuscire a capire i veri obiettivi della ricerca biomedica

Sono estremamente variabili, apparentemente dipendenti dall’opinione pubblica.

Esempi:- Influenza aviaria- Variante umana della BSE (mucca pazza)- Patologie cardio-vascolari- Tumori- Malattie genetiche

L’aumento nel tempo dell’età media della popolazione porta ad una maggiore incidenza delle patologie tipiche dell’età avanzata.

Una seconda sfida:

è possibile disporre di sempre più strumenti, sempre più potenti, possibilmente con costi ragionevoli …

… e saperli usare nel modo corretto ?

Progresso (e regresso) nelle conoscenze

There are 26 vitamins in all, but some of the letters are yet to be discovered. -- Fifth- or sixth- grader science exams answer –

L’evoluzione delle tecnologie nei laboratori di ricerca

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Un po’ di anni fa, in un laboratorio biochimico:

Oggi, nello stesso laboratorio (o in quello accanto):

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Le nuove tecnologie producono grandi quantità di dati sperimentali; gli strumenti informatici e la potenza di calcolo permettono di analizzare questi dati e interpretarli.

L’insieme delle nuove tecniche sperimentali e degli strumenti computazionali ha reso possibile progetti di grande rilevanza.

HGP vs Celera Genomics HGP

HGP è formalmente iniziato nel 1990.Finanziato con 3 miliardi di dollari, si prevedevano 15 anni di tempo per completarlo.I principali annunci del raggiungimento di “milestone” del progetto si sono avuti nel 2000, 2003, 2006.

Celera Genomics HGP è formalmente iniziato nel 1998.Finanziato con 300 milioni di dollari, ha raggiunto i risultati più o meno contemporaneamente con il progetto del consorzio pubblico.

Cosa ha fatto la differenza?Più fattori, tra cui la bioinformatica

IBM Announces $100 Million Research Initiative to build World's Fastest Supercomputer

"Blue Gene" to Tackle Protein Folding Grand Challenge

YORKTOWN HEIGHTS, NY, December 6, 1999 -- IBM today announced a new $100 million exploratory research initiative to build a supercomputer 500 times more powerful than the world’s fastest computers today. The new computer -- nicknamed "Blue Gene" by IBM researchers -- will be capable of more than one quadrillion operations per second (one petaflop). This level of performance will make Blue Gene 1,000 times more powerful than the Deep Blue machine that beat world chess champion Garry Kasparov in 1997, and about 2 million times more powerful than today's top desktop PCs. Blue Gene's massive computing power will initially be used to model the folding of human proteins, making this fundamental study of biology the company's first computing "grand challenge" since the Deep Blue experiment. Learning more about how proteins fold is expected to give medical researchers better understanding of diseases, as well as potential cures. "This is exactly what IBM Research does best -- continuously placing big, aggressive bets on technologies that change the future of computing," said Dr. Paul M. Horn, senior vice president of IBM Research. "In many ways, Deep Blue got a better job today -- if this computer unlocks the mystery of how proteins fold, it will be an important milestone in the future of medicine and healthcare."

IBM and Department of Energy’s NNSA Partner to Expand IBM's Blue Gene Research Project

New class of supercomputers to be extended to a multitude of applications

Yorktown Heights, N.Y., and Livermore, Calif., November 9, 2001 ... IBM today announced a partnership with the Department of Energy’s National Nuclear Security Agency to expand IBM’s Blue Gene research project.

IBM and NNSA’s Lawrence Livermore National Laboratory will jointly design a new supercomputer based on the Blue Gene architecture. Called Blue Gene/L, the machine will be 15 times faster, consume 15 times less power per computation and be 50 to 100 times smaller than today’s fastest supercomputers.

Blue Gene/L is a new member of the IBM Blue Gene family, marking a major expansion of the Blue Gene project. Blue Gene/L is expected to operate at about 200 teraflops (200 trillion operations per second) which is larger than the total computing power of the top 500 supercomputers in the world today.

IBM will continue to build a petaflop-scale (one quadrillion operations per second) machine for a range of projects in the life sciences, originally announced in December 1999.

http://folding.stanford.edu/

Riassumendo:

Quali strumenti ? Con quali competenze ? Per studiare cosa ?

Henry Louis Gehrig New York City, 19-6-1903 New York City, 2-6-1941

Lou Gehrig's Disease   Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), more commonly called Lou Gehrig's disease after the Yankee ballplayer that was diagnosed with the disease.  ALS is a degenerative nerve disease that causes the upper and lower motor neurons to die.  The result is a loss of muscle control and muscle itself. 

Angelo FacchianoLaboratorio di Bioinformatica e Biologia ComputazionaleIstituto di Scienze dell’Alimentazione, CNR, Avellino

angelo.facchiano@isa.cnr.it

Per informazioni sulle attività del Laboratorio:

http://bioinformatica.isa.cnr.it/

Grazie per l’attenzione!