Il laboratorio di Bioinformatica e Biologia Sintetica (BMS) del Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione dell'Università degli Studi di Pavia nasce nel dicembre 2013 dal laboratorio di Informatica Biomedica "Mario Stefanelli" (BMI), per iniziativa del Prof. Riccardo Bellazzi (direttore di BMI) e del Prof. Paolo Magni (direttore di BMS) con lo scopo di dare maggiore autonomia, impulso e visibilità alle numerose iniziative intraprese e condotte con successo a partire dalla metà degli anni '90 nel settore della Bioinformatica, della Modellistica Matematica di sistemi biologici (con particolare riguardo ai modelli di farmacocinetica e farmacodinamica) e della Biologia Sintetica, da cui il nome BMS-lab. Queste sono pertanto le tre aree su cui si focalizzano le attività del laboratorio, che è attualmente fortemente impegnato sia nella ricerca sia nella formazione di figure di alto profilo all'interno del dottorato di Bioingegneria e Bioinformatica.

Breve storia

Le prime attività nel campo della Bioinformatica sono iniziate nel 2002 nel ambito dell'analisi di dati di DNA microarray, principalmente con la messa a punto di metodi avanzati per l'analisi di serie temporali. Sono poi proseguite nell'ambito della proteomica (analisi di dati di spettrometria di massa) e nello sviluppo di metodi per la costruzione di reti di regolazione a partire da dati di espressione e da annotazioni presenti nelle diverse banche dati biologiche. Negli ultimi anni l'attenzione si è focalizzata anche sulla messa a punto di pipeline di analisi per dati di Next Generation Sequencing (NGS) con particolare riguardo alle problematiche legate al cloud computing, grazie anche alla collaborazione con Biomeris s.r.l., spin-off di BMI nata nel 2012. Il laboratorio in questo ambito si propone di assumere un ruolo di riferimento nel panorama nazionale.

Le attività nel campo della modellistica matematica di sistemi biologici hanno lunga tradizione nel laboratorio BMI e risalgono agli anni '80, periodo durante il quale sono stati sviluppati modelli compartimentali per lo studio della cinetica del ferro grazie all'uso di traccianti radioattivi. Nella metà degli anni '90, l'attività metodologica si è focalizzata sulla stima Bayesiana e sull'uso degli algoritmi Monte Carlo Markov Chain (MCMC) per poi procedere nella direzione degli approcci di popolazione. A partire dalla fine degli anni '90 il campo applicativo si è focalizzato nell'ambito della ricerca a supporto dello sviluppo e della registrazione di un farmaco con esperienza in tutte le fasi dello studio e dello sviluppo (in vitro, preclinica, clinica). L'esperienza maturata negli anni, anche grazie alle collaborazioni con i gruppi di modelling di numerose case farmaceutiche, ha portato il gruppo di ricerca a assumere un ruolo di rilievo nel panorama europeo.

Le attività di biologia sintetica sono iniziate all'interno del laboratorio BMI e a Pavia in via sperimentale nel 2008 con la partecipazione a nome dell'Università di Pavia alla principale competizione internazionale di Biologia Sintetica denominata International Genetically Engineered Machine (iGEM), organizzata dal MIT a Boston. A seguito dell'ottima esperienza, negli anni successivi quest'area di ricerca si è ritagliata spazi piu' ampi, supportata da un nutrito gruppo di ricerca, anche grazie alla partecipazione fino al 2011 a tutte le edizioni della medesima competizione. Il ruolo del gruppo nel panorama nazionale e internazionale si è rafforzato anche grazie ad alcune linee di ricerca di successo, messe in luce dalla stampa sia nazionale sia internazionale (vedere rassegna stampa - link). Oggi costituisce uno dei pochi gruppi attivi in Italia in questo settore emergente, come testimoniato anche da un articolo di Nature che ha fatto un bilancio dei successi dei primi 10 anni di Biologia Sintetica (link) o dal rapporto del Parlamento francese sulla Biologia Sintetica (link). I principali temi affrontati comprendono, per quanto riguarda la ricerca di base, la caratterizzazione di componenti biologici con misure sperimentali e modelli matematici, lo studio della modularità dei circuiti genetici sintetici e la progettazione bottom-up. Questi risultati vengono trasferiti e sfruttati in progetti applicativi quali la realizzazione di nuove librerie di promotori, la realizzazione di componenti complessi (ad esempio, per indurre la morte cellulare o per l'integrazione genomica di circuiti sintetici) e soprattutto la messa a punto e l'ingegnerizzazione di un processo capace di produrre etanolo partendo dagli scarti della produzione di formaggio. Quest'ultima attività ha dato grande visibilita' alle attivita' del gruppo che ha anche ricevuto diversi riconoscimenti, dal premio speciale come miglior progetto dell'area "Food or Energy", conferito nel 2009 dal MIT all'interno di iGEM, alla benemerenza di S. Siro conferita nel 2009 dalla città di Pavia al Prof. Paolo Magni e al suo gruppo di ricerca.