Proteine falten
Mit Cloud Computing gegen Krebs und Alzheimer

Den Aufbau von Proteinen zu verstehen ist eine der wichtigsten Forschungsgebiete der Medizin. Forscher setzen dabei auf ganz unterschiedliche Methoden. Eine lautet Cloud Computing.
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DüsseldorfProteine übernehmen im menschlichen Körper viele wichtige Aufgaben – sie sind sozusagen der biologische Motor von Zellen. Damit Proteine diese Aufgabe erfüllen können, müssen sie in dreidimensionale Strukturen gefaltet werden. Werden sie durch Mutationen oder andere Einflüsse falsch gefaltet, äußert sich das in verschiedensten Krankheiten – von Alzheimer bis Krebs. Deshalb ist es für die medizinische Forschung von großer Bedeutung, den Prozess der Proteinfaltung zu verstehen.

Über die räumliche Struktur der Proteine erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse über die Funktion der Eiweiße und damit neue Therapieansätze. Der Prozess der Faltung lässt sich berechnen, dazu sind allerdings enorme Rechenleistungen notwendig. Daher gibt es verschiedene Ansätze, diese Rechenleistungen bereitzustellen.

So stellen bei dem von der Stanford-Universität getragenen Projekt Folding@Home Hunderttausende Privatnutzer nicht genutzte Rechenkraft ihres Privat-PCs zur Verfügung, um die Faltung von Proteinen zu simulieren. Dasselbe Prinzip nutzen auch die kleineren Projekte Rosetta@Home von der Washington University und POEM@home vom Karlsruher Institut für Technologie.

Cloud statt Privat-PCs

Auch Microsoft hilft seit dieser Woche bei der Simulation der Proteinstrukturen. Der Softwarekonzern stelle dem Baker-Labor der Universität Washington die Rechenkraft von Hochleistungscomputern über Microsofts Cloud-Plattform Azure zur Verfügung. Die Forscher erhofften sich von der zusätzlichen Rechenpower neue Erkenntnisse für die Entwicklung von Heilmethoden gegen Krankheiten wie Alzheimer, Malaria oder Krebs.

„Wenn man die Protein-Strukturen versteht, wird es irgendwann möglich sein, die Mutationen als Auslöser von Krankheiten zu verstehen und kann eingreifen“, so Nikolas Sgourakis, der als promovierter Gaststudent in dem Labor forscht. Derzeit untersucht er an der Universität den Mechanismen, der für Salmonellen-Erkrankungen verantwortlich ist.

Gegenüber der Rechenkraft von Rosetta@Home haben die IT-Ressourcen aus der Cloud gewisse Vorteile. „Normalerweise werden diese Berechnungen von Tausenden Privat-PCs von Helsinki bis Sao Paulo durchgeführt, die ihre Rechenzeit spenden“, so ein Microsoft-Mitarbeiter. „Mit Windows Azure können sie schneller und zuverlässiger durchgeführt werden – während der Nutzer in Helsinki möglicherweise seinen PC runterfährt und drei Wochen Urlaub macht.“ Bei sogenannten Distributed-Computing-Projekten wie Folding@Home und Rosetta@Home werden die Rechenaufgaben in kleine Pakete aufgeteilt und unter den Privat-PCs über das Internet verteilt. Kommt ein Paket nach langer Zeit nicht fertig berechnet zurück, wird es erneut verteilt.

Spielend Proteine falten

Einen völlig anderen Ansatz verfolgt das Computerspiel "Fold it", das ebenfalls von der Washington University zum kostenlosen Download bereitgestellt wird. Dabei bauen die Spieler in verschiedenen Schwierigkeitsstufen Proteine selbst zusammen. Es stellte sich dabei heraus, dass Spieler, die das höchste Level des Spiels erreichten, besser Proteine falten können als Computer. Einen ausführlichen Artikel dazu finden Sie bei unseren Kollegen von Spektrum der Wissenschaft.

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  • Was sie in ihrem Artikel beschreiben hat wenig mit Cloud Computing zu tun. Es ist Grid Computing. Ein Modell das bereits seit vielen Jahren aktiv ist. Pioniere wie SETI@Home oder World Community Grid bieten diese Applikationen an. World Community Grid erlaubt dem Nutzer die Auswahl fuer welche Projekte er seine CPU zur Verfuegung stellen will

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