Knowledge bases, computational methods and data mining techniques with applications to A-to-I RNA editing, Synthetic Biology and RNA interference

Bioinformatics, also known as Computational Biology, is a relatively novel field that aims at the resolution of biological problems through computational approaches. This interdisciplinary science pursues two particular objectives among many: on one hand, the construction of biological databases in order to rationally store the ever increasing amount of data that is becoming more available, and, on the other, the development and application of algorithms in order to extract predicting patterns and mine novel information otherwise impossible to attain from such data. This thesis will present novel results on both of the above aspects. In fact, the doctoral research work described in this thesis has had as its objective the development of heuristics and data mining techniques for the collection and analysis of data concerning the mechanisms of post-transcriptional regulation and RNA interference, as well as the connection of the RNA A-to-I editing phenomenon to miRNA-mediated gene regulation. In particular, efforts have been aimed at the development of a database for the prediction of RNA A-to-I edited miRNA binding sites; an algorithm for the design of synthetic miRNAs with high specificity; and a knowledge base provided with data mining algorithms for the functional annotation of microRNAs, serving as a unified resource for miRNA research.

La Bioinformatica, nota anche come Biologia Computazionale, è un campo relativamente nuovo che mira alla risoluzione di problemi biologici attraverso approcci computazionali. Questa scienza interdisciplinare persegue due obiettivi particolari tra i molti: da un lato, la costruzione di database biologici per memorizzare razionalmente sempre maggiori quantità di dati che divengono sempre più disponibili, e, dall'altro, lo sviluppo e l'applicazione di algoritmi al fine di estrarre pattern di predizione ed inferire nuove conoscenze altrimenti impossibili da ottenere da tali dati. Questa tesi presenterà nuovi risultati su entrambi questi aspetti. Infatti, il lavoro di ricerca descritto in questa tesi di dottorato ha avuto come obiettivo lo sviluppo di euristiche e tecniche di data mining per la raccolta e l'analisi di dati relativi ai meccanismi di regolazione post-trascrizionale ed RNA interference, così come il collegamento del fenomeno dell RNA A-to-I editing con la regolazione genica mediate dai miRNA. In particolare, gli sforzi sono stati finalizzati allo sviluppo di una banca dati per la predizione di siti di legame per miRNA editati tramite RNA A-to-I editing; un algoritmo per la progettazione di miRNA sintetici con alta specificità; e una base di conoscenza dotata di algoritmi di data mining per l'annotazione funzionale dei microRNA, proposta come risorsa unificata per la ricerca sui miRNA.