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 CrowdWater: eine App für die Hochwasser-Forschung
18.05.2018 | Universität Zürich

nachricht Hochautomatisiertes Sehen auf dem Prüfstand
17.05.2018 | FOKUS - Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics