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Rosetta@home

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(Weitergeleitet von Rosetta)
Rosetta@home
Rosetta@home
Ziel:Sage Proteinstrukturen vorher
Kategorie:Biologie
Homepage:http://boinc.bakerlab.org/rosetta/
Betreiber:University of Washington Vereinigte Staaten von Amerika
Status:produktiv
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Serverstatus:Rosetta@home
Forum:Rosetta@home Forum
SETI.Germany
Team-Statistik:Rosetta@home
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Rosetta Mini Mehr Informationen einblenden
Betriebssysteme:Android Linux 32 Bit Linux 64 Bit Mac OS (Intel) Windows 32 Bit Windows 64 Bit
Bildschirmschoner:Vorhanden
Checkpoints:Vorhanden

Da es ein Testprojekt für neue bzw. verbesserte Anwendungen ist, kann über die Wutzen nicht viel gesagt werden.

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Frist:10 Tage
Erster Download:13,3 MB
Download:1,2 MB (teilweise auch mehr)
Upload:< 400 KB (teilweise auch mehr)
Arbeitsspeicher:bis ca. 430 MB
Betriebssysteme:Android Linux 32 Bit Linux 64 Bit Mac OS (Intel) Windows 32 Bit Windows 64 Bit
Bildschirmschoner:Vorhanden
Checkpoints:Vorhanden

WU-Berechnungsdauer frei einstellbar auf der Projektseite, von 1h bis 24h, Standard sind 3h.

Rosetta@home ist ein Projekt der Universität Washington und untersucht Proteinfaltung, -design und -bindungen, um Methoden zu entwickeln, mit denen Proteinstrukturen sicher vorhergesagt werden können.

Proteine sind die Grundbausteine aller Zellen. Mit Hilfe der Proteinfaltung erhoffen sich die Forscher, Heilmittel gegen Krankheiten wie HIV, Malaria, Krebs und Alzheimer zu finden.

Rosetta@home und die Proteine

Die Hauptaufgabe von Rosetta@home ist die Entwicklung einer Software zur korrekten Vorhersage von Proteinfaltungen. Proteine entstehen durch Polymerisation von Aminosäure-Monomeren und können als Ketten abgebildet werden. Jede Aminosäure stellt in dieser Kette ein Kettenglied dar. Wenn man sich diese Kette bildlich vorstellt, wird klar, wie sehr sich die Form dieser Kette durch Einwirkung verschiedener Kräfte verändern kann. Zugkräfte an beiden Enden sorgen beispielsweise für eine gerade Kette, wohingegen das Fallenlassen der Kette jedesmal eine neue, einzigartige Form erschafft. Im Gegensatz zu Metallketten mit ihren identischen Gliedern bestehen Proteine aus 20 verschiedenen Aminosäuren, die sich untereinander stark unterscheiden. Durch diese chemischen Unterschiede ergeben sich Kräfte, die die Proteinkette in eine bestimmte Form bringen und so die Proteinfaltung bestimmen. Es gibt eine unbegrenzte Anzahl an möglichen Proteinen, jedes unterscheidet sich von den anderen lediglich durch die Anzahl und Reihenfolge ihrer Aminosäuren.

Ziel von Rosetta@home ist es, diese Proteinfaltung zukünftig vollautomatisch und vollständig am Computer vorherzusagen und so langwierige und teure Labortests zu minimieren.

Proteinfaltungen

Proteine nehmen in der Natur immer die Form mit den geringsten Widerständen an. Folgerichtig sucht auch Rosetta@home nach der Faltung mit der geringsten Energie, die durch Wechselwirkungen der verschiedenen Aminosäuren bedingt ist. Rosetta@home geht dazu grob gesprochen wie folgt vor:

1. Begonnen wird mit einer vollkommen ungefalteten Kette, analog zu einer gespannten Metallkette

2. Ein zufälliger Teil der Kette wird bewegt und damit eine neue Proteinfaltung erzeugt

3. Die Energie dieser neuen Form wird berechnet

4. Je nach Energiebilanz wird die Bewegung akzeptiert oder verworfen

5. Schritt 2 bis 4 werden nun immer wieder wiederholt, bis jedes Kettenglied vielfach bewegt wurde


Das Endergebnis ist eine sogenannte Trajektorie, die wiederum in einer so vorhergesagten Struktur aufgeht. Eine Trajektorie verläuft in zwei Phasen, die sich hinsichtlich ihrer Auflösung unterscheiden. Vereinfacht gesagt verwendet die erste Phase eine geringe Auflösung der Aminosäuren und kann so eine erste, grobe Strukturvorhersage wagen. Diese Phase dauert nur kurz, der Bildschirmschoner zeigt ein heftiges Zucken der Kette. Die zweite Phase findet in atomarer Auflösung statt, das bedeutet, jede Aminosäure wird vollständig simuliert. Es werden nun nur kleine Bewegungen getestet und im Bildschirmschoner angezeigt. Diese Phase heißt "Relaxation". Eine WU besteht üblicherweise aus 5 bis 20 solcher Trajektorien, je nach Rechenkraft und WU-Laufzeit können es auch über 100 sein. Die jeweils beste Trajektorie einer WU wird als Ergebnis zurückgemeldet und mit den Ergebnissen anderer Teilnehmer verglichen, um so mit hoher Wahrscheinlichkeit die natürliche Faltung des Proteins zu bestimmen.

Bildschirmschoner

Im Bildschirmschoner lässt sich live die Berechnung jeder einzelnen Trajektorie verfolgen. Vier Fenster zeigen dazu die Form der Proteinkette an, drei Fenster geben Auskunft über die Energie der Struktur. Nicht immer sind alle diese Fenster verfügar, vor allem bei unbekannten, nicht im Labor untersuchten Proteinen, fehlen Details.

"Searching..." zeigt die aktuell ausprobierte Veränderung der Kette. Unten rechts unter "Step" lässt sich erahnen, mit welcher Geschwindigkeit die Bewegungen berechnet werden.

"Accepted" zeigt den bis dahin letzten akzeptierten Schritt.

"Low Energy" zeigt die Form der akuellen Trajektorie mit der niedrigsten Energie - das bisherige "Gewinnerdesign".

"Native" zeigt die experimentell bestimmte, tatsächliche Form.

"Accepted Energy" zeigt die Energie jeder Bewegung im Verlauf.

"RMSD" zeigt die Abweichung von Accepted zu Native.

Unten rechts wird die Accepted Energy gegen die RMSD aufgetragen, außerdem lassen sich weiter unten noch mehr Details ablesen.

Erfolge

2015 kam es zur Ausgründung des Unternehmens KuraMax aus dem BakerLab. Das Unternehmen vermarktet ein Medikament gegen Zöliakie (Glutenunverträglichkeit), welches auf einem Enzym fußt, das unter maßgeblicher Beteiligung von Rosetta@home entwickelt wurde.

Weblinks

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