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Tesi etd-06252012-133856


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
CALVIELLO, LORENZO
email address
calviello.l@gmail.com, gimli87lor@hotmail.com
URN
etd-06252012-133856
Title
Quasi-cellular Systems: Stochastic Simulation Analysis at Nanoscale Range
Struttura
BIOLOGIA
Corso di studi
BIOLOGIA MOLECOLARE E CELLULARE
Commissione
relatore Prof. Marangoni, Roberto
relatore Dott. Stano, Pasquale
controrelatore Prof. Barale, Roberto
controrelatore Prof. Luisi, Pier Luigi
Parole chiave
  • liposomes
  • Gillespie algorithm
  • synthetic biology
  • simulazione stocastica
Data inizio appello
18/07/2012;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
I complessi sistemi di reazioni biochimiche all’interno della cellula sono altamente compartimentalizzati, conseguenza di un importante fenomeno di macromolecolar crowding (sovraffollamento molecolare). E’ dunque importante determinare il comportamento e le proprietà di un sistema di reazioni in piccoli volumi. Sono stati riprodotti con successo diversi sistemi di semplici reazioni all’interno di vescicole lipidiche (liposomi) nell’ordine del micro/nanometro di diametro, osservando in molti casi una risposta cinetica diversa dalle reazioni in esame rispetto al comportamento in sistemi di grandi volumi. Questo fenomeno di divergenza tra piccoli e grandi volumi è in gran parte dipendente da fenomeni non completamente chiariti,<br>quali l’incapsulamento delle specie e il crowding molecolare, aspetti sempre più importanti man mano che l’attenzione si sposta verso i piccoli volumi. Recenti dati sperimentali dimostrano che il fenomeno dell&#39;intrappolamento sembra non seguire un andamento casuale squisitamente probabilistico, ma un comportamento di tipo power-law (a legge di potenza), in cui solo pochissime vescicole intrappolano tante specie, mentre la maggior parte resta completamente vuota.<br>A tal proposito è stato intrapreso uno studio sui meccanismi generativi delle distribuzioni a legge di potenza calate nel contesto dell’incapsulamento (entrapment) delle specie all&#39;interno di vescicole lipidiche.<br>Utilizzando un sistema cell-free di trascrizione/traduzione (PURESYSTEM™), volto alla produzione di EGFP all’interno di liposomi di POPC, è possibile monitorare la produzione di proteina fluorescente in liposomi di differente grandezza. Tuttavia, è molto difficile osservare la produzione di molecole fluorescenti in singole<br>vescicole di 100 nm di diametro; diventa così importante poter studiare in silico la di produzione di proteina in singole vescicole virtuali, utilizzando un modello formalmente valido del complesso sistema di reazioni del PURESYSTEM™. <br>QDC (Quick Direct-Method Controlled), è un software di simulazione stocastico precedentemente sviluppato in laboratorio, basato sull’algoritmo di simulazione SSA Direct-Method di Gillespie, tra i più usati in biologia computazionale/systems biology.<br>L’argomento della tesi riguarda l’uso di questo software nello studio delle oltre 100 reazioni biochimiche del PURESYSTEM™, comparando i risultati ottenuti in diverse condizioni (volume totale di reazione, concentrazioni delle specie, costanti cinetiche delle singole reazioni). Dopo aver affinato il modello in silico di Trascrizione/traduzione coupled (accoppiato), sono state effettuate delle simulazioni variando alcune variabili macroscopiche (concentrazioni delle specie e costanti cinetiche), mostrando un&#39;importante dipendenza della traduzione dalla trascrizione, soprattutto considerando il<br>grande limite energetico di un sistema che non produce al suo interno nucleotidi trifosfato.<br>
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