Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler visualisieren biochemische Prozesse

04.11.2011
Ein Bild sagt mehr als tausend Worte

Kontinuierlich weiterentwickelte Computerprogramme ermöglichen es, immer komplexere biochemische Vorgänge zu simulieren – mit dem Ergebnis, dass die auszuwertenden zeitabhängigen Datensätze Dateigrößen von mehreren Gigabyte erreichen können und bis zu einer Million Partikel pro Zeitschritt enthalten.

Um Simulationsdaten in dieser Größenordnung und Komplexität interaktiv analysieren zu können, entwickeln Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs (SFB) 716 und des Exzellenzclusters Simulation Technology (SimTech) am Visualisierungsinstitut der Universität Stuttgart (VISUS) derzeit Visualisierungstechniken. Diese sollen es dem Benutzer erlauben, die immense Datenflut zu erfassen.

„Ein Bild sagt mehr als tausend Worte“, heißt ein berühmtes Sprichwort. Auch für Wissenschaftler ist die Visualisierung von Simulationsdaten enorm wichtig, um sie besser analysieren zu können. Bei der Visualisierung der zunehmend komplexer und umfangreicher werdenden Simulationen, beispielsweise von Konformationsänderungen in Proteinen oder von enzymatischen Reaktionen, stoßen die Visualisierer an Grenzen. Der Grund: die Speicherbandbreite entwickelt sich zu einem Flaschenhals und die Rechenzeit steigt in Abhängigkeit von der Datensatzgröße an. Dieser Herausforderung haben sich die

VISUS-Mitarbeiter gestellt: Für zwei Teilprojekte innerhalb des SFB 716 und SimTech mit jeweils verschiedenen Zielsetzungen in der Anwendung konnten sie ähnliche Visualisierungstechniken für Daten mit unterschiedlichem Skalen- und Abstraktionsgrad entwickeln. In beiden Projekten haben die Stuttgarter Wissenschaftler mit partikelbasierten Daten gearbeitet, wobei ein Partikel in der Simulation für ein reales Atom oder Molekül steht. Um eine interaktive Analyse, Simulation und Visualisierung zu gewährleisten, haben die Forscher parallele Algorithmen entwickelt, welche die Fähigkeiten aktueller Mehrkernprozessoren und programmierbarer Grafikkarten ausnutzen, da mehrere Berechnungen gleichzeitig ausgeführt werden können.

Im Sonderforschungsbereich 716 untersuchen die Forscher mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen unter anderem, wie sich Proteinmoleküle auf atomarer Ebene in unterschiedlichen Lösungsmitteln verhalten. Beispielsweise analysieren die Wissenschaftler, wie das Mischungsverhältnis sein muss, damit Proteine mehr Biokraftstoff synthetisieren. Durch das am VISUS entwickelte interaktive Visualisierungsprogramm MegaMol können die Forscher die Simulationsergebnisse visualisieren und das dynamische Verhalten der Moleküle als Animation sehen. Darüber hinaus kann der Benutzer beispielsweise die Daten von beliebigen Blickwinkeln betrachten und zwischen verschiedenen Einfärbungen wählen, um unterschiedliche Merkmale sichtbar zu machen.

Im Rahmen von SimTech simulieren die Forscher mittels Monte-Carlo-Simulationsmethoden beispielsweise Transportprozesse von Signalen in Zellen, um möglicherweise neue Ansatzpunkte für die Krebstherapie zu finden. Dabei werden aus vielen Atomen bestehende Moleküle durch einzelne Partikel abstrahiert. Diese Vereinfachung erlaubt es, Vorgänge zu simulieren, die in der Realität mehrere Minuten in Anspruch nehmen, während mit Molekulardynamiksimulationen nur Vorgänge im Bereich von Nanosekunden untersucht werden können. Für die Analyse der Simulationsdaten spielt das entwickelte Visualisierungswerkzeug CellVis eine große Rolle.

Ansprechpartner: Martin Falk und Michael Krone, VISUS,
Tel. 0711/685-88269, -88623,
e-mail: martin.falk@vis.uni-stuttgart.de,
michael.krone@vis.uni-stuttgart.de
Text und Bild unter
http://www.uni-stuttgart.de/hkom/presseservice/mediendienst/12/tm5.html

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Sicheres Bezahlen ohne Datenspur
17.10.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Saarbrücker Forscher erstellen digitale Objekte aus unvollständigen 3-D-Daten
12.10.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise