Rosetta@home

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Steckbrief
Kategorie: Biologie & Medizin
Betreiber: University of Washington (Fachrichtung Biochemie)
Nationalität: USA Flag us.png
Start: September 2005
Status: Stabil
Checkpoints: Ja
Webseite: boinc.bakerlab.org/rosetta/
Webseite (Alpha): ralph.bakerlab.org
Anmelde-URL: http://boinc.bakerlab.org/rosetta/
Anmelde-URL (Alpha): http://ralph.bakerlab.org/
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Rosetta@home ist ein Projekt der Universität zu Washington und beschäftigt sich mit der Untersuchung der dreidimensionalen Struktur von Eiweißen (Proteinen) um Heilmittel für Krankheiten wie Malaria, HIV, Krebs und andere schwere Krankheiten zu finden.

Projektbeschreibung

Die Struktur eines Proteins bestimmt seine Funktion mit. Fehler in der Struktur stören diese Funktion und sind häufig Ursache von Krankheiten wie Krebs und Alzheimer. Rosetta ist eine Software zur Vorhersage von Proteinstrukturen aus Aminosäuresequenzen und gilt als die beste auf ihrem Gebiet.

Hauptziel von Rosetta@home ist die Weiterentwicklung der Rosetta-Software. Das Projekt betreibt also vor allem Grundlagenforschung. Jedoch ergeben sich aus der Zusammenarbeit mit verschiedenen Stiftungen und Instituten auch Bezüge auf ganz konkrete Krankheiten:

  • Am Imperial College in London gibt es ein Projekt, das zu den von der Gates-Stiftung finanzierten "Grand Challenge Projects in Global Health" gehört. Dieses Projekt versucht, die Übertragung von Malaria durch Mückenstiche einzudämmen. Dazu sollen einige Gene der Mücken deaktiviert werden, die von dem Malaria-Erreger benötigt werden, um in der Mücke zu überleben. Die Rosetta-Software wird dazu eingesetzt, maßgeschneiderte Enzyme zu entwerfen, mit denen genau diese Gene angesteuert und deaktiviert werden können.
  • Zusammen mit einer Forschungsgruppe in Harvard wird Rosetta eingesetzt, um ein Modell des Anthrax-Toxins zu entwickeln. Dieses Modell soll dazu genutzt werden, geeignetere Behandlungsmethoden zu entwickeln.
  • Mit Forschern in Seatlle und den National Institutes of Health wird zusammengearbeitet, um zu versuchen, einen Impfstoff gegen HIV zu entwickeln. Rosetta wird dabei dazu eingesetzt, kleine Proteine zu entwickeln, die die unveränderlichen Stellen der Hüllproteine des HI-Virus dem Immunsystem bekannt machen, sodass dieses passende Antikörper produzieren kann.
  • Als Ursache von Alzheimer und anderen Krankheiten werden Störungen der Proteinfaltung angenommen, die dazu führen, dass die Proteine nicht ihre normale Struktur ausbilden, sondern sogenannte Amyloide - große, zusammengelagerte Strukturen ("Klumpen"). Einer Arbeitsgruppe an der UCLA ist es inzwischen gelungen, die Struktur eines Amyloids zu ermitteln. Mit diesem Wissen sollen nun Verfahren entwickelt werden, mit denen man vorhersagen kann, welche Bereiche von Proteinen wahrscheinlich an der Bildung von Amyloiden beteiligt sind. Fernziel ist eine Möglichkeit, die Amyloidbildung und so möglicherweise auch die Krankheit zu verhindern.
  • Krebs wird u. a. durch Mutationen an Schlüsselstellen des Genoms hervorgerufen. Bei der Gentherapie wird die DNA zerschnitten und von der Zelle mit Hilfe einer zweiten, intakten Kopie des Gens repariert. Bisherige Methoden haben allerdings den Nachteil, dass die nicht mutierte Kopie des Gens willkürlich irgendwo in das Genom eingefügt wird. Falls das in der Nähe eines ebenfalls krebsauslösenden Gens geschieht, kann es passieren, dass die eine Mutation geheilt wird, aber dafür eine andere ausgelöst wird. Rosetta@home versucht, Methoden zu entwickeln, die die DNA gezielter zerschneiden und so dieses Problem umgehen.
  • Prostatakrebs entsteht aus einer Überempfindlichkeit des Androgen-Rezeptors gegen Testosteron. Im Normalfall bindet der Androgen-Rezeptor Testosteron und sorgt für eine normale männliche Entwicklung. Derzeit wird Prostatakrebs mit der sogenannten Hormontherapie behandelt, bei der die verfügbare Testosteronmenge verringert wird (gegebenenfalls durch Kastration). Jedoch sind viele Tumore dagegen resistent. Deshalb wird versucht, Proteine zu entwerfen, die stattdessen den Androgen-Rezeptor deaktivieren. Dabei werden zwei Ziele verfolgt: Zum einen soll verhindert werden, dass der Androgen-Rezeptor sich im Zellkern an DNA anbindet und dort tumorspezifische Gene aktiviert. Zum anderen soll auch schon das Eindringen des Rezeptors in den Zellkern verhindert werden.


Die Beziehung zwischen der Vorhersage von Proteinstrukturen und der Behandlung von Krankheiten ist eine dreifache Beziehung:

  1. Eine bessere Strukturvorhersage führt zu Verbesserungen des Proteindesigns, die sich wiederum direkt in die Produktion neuer Enzyme, Impfstoffe usw. umsetzen lassen.
  2. Die Strukturvorhersage identifiziert Angriffspunkte für neue Arzneimittel, da dabei sehr viel über die Funktion vieler Proteine bekannt wird.
  3. Die Strukturvorhersage ermöglicht ein gezieltes Design von Medikamenten. Ist die Struktur eines Proteins bekannt, lassen sich die Stellen bestimmen, die für die Funktion des Proteins verantwortlich sind. Mit der Rosetta-Software lässt sich berechnen, ob ein kleines Molekül (Medikament) sich an diese Stellen des Zielproteins anbinden und sie deaktivieren kann.[1]

Erfolge des Projekts

Die berechneten Proteinstrukturen werden regelmäßig mit experimentell ermittelten Strukturen verglichen. Auf der Seite Top predictions sind die besten Vorhersagen vorgestellt.

Dieser Abschnitt ist ausbaufähig. Falls dir weitere nennenswerte Erfolge des Projekts bekannt sind, kannst du sie hier eintragen.

Planet 3DNow!

Planet 3DNow! nimmt seit dem 09.09.2006 mit einem eigenen Team an Rosetta@home teil. Das Projekt wurde für den Februar 2009 und 2010 zum Projekt des Monats gewählt.

Teilnahme

Sollte der BOINC-Client noch nicht installiert sein, kann er von boinc.bakerlab.org heruntergeladen und installiert werden. Für Fragen zur Installation des BOINC-Clienten steht der Teil Windows-Installation von BOINC mit Text und Bildern zur Verfügung.

Um Rosetta@home nun als Projekt anzumelden, muss der BOINC-Manager geöffnet werden. In der Menüleiste wird der Eintrag "Assistenten" und dann "Projekt anmelden" ausgewählt. Im sich dann öffnenden Fenster wird die "Anmelde-URL" aus dem obigen Steckbrief eingegeben.

Wenn noch kein Rosetta-Account vorhanden ist, wird dieser nun durch Auswahl des ersten Punktes "Nein, neues Teilnehmerkonto" erstellt. Dazu werden die Emailadresse und das gewünschte Passwort eingegeben und bestätigt. Unter boinc.bakerlab.org/rosetta/home.php kann man sich nun mit diesen Daten anmelden und Änderungen an den Einstellungen vornehmen. Siehe hierzu auch den Artikel zur BOINC-Konfiguration. Hier kann man auch den Namen eintragen, unter dem man in den Statistiken geführt werden möchte. Dem Team von Planet 3DNow! kann man beitreten, indem man die Teamstatistik öffnet und auf "Join this team" klickt.

Falls bereits ein Rosetta-Account vorhanden ist, lässt dieses sich durch Auswahl des Punkts "Ja, existierendes Teilnehmerkonto" und anschließender Eingabe der Emailadresse und des Passworts auf dem Rechner einrichten.

Anschließend verbindet sich der BOINC-Client mit dem Projekt und lädt die Anwendung für Rosetta sowie die ersten Work-Units herunter.

Besondere Einstellungen

Eine Eigenart von Rosetta ist, dass die Work-Units keine feste Länge haben, sondern man selbst festlegen kann, wie lang an einer Work-Unit gerechnet wird. Standardmäßig sind 3 Stunden eingestellt; ändern kann man den Wert auf der Account-Seite unter "Preferences""Rosetta@home preferences control resource share and customize graphics""Target CPU run time".

Zum einen entlastet eine längere Bearbeitungszeit der einzelnen WUs die Server und die eigene Internetverbindung, zum anderen enlastet sie das Projekt selber, da die gleiche WU zur vollständigen Bearbeitung nicht mehr so oft verschickt werden muss. Zusätzlich stehen die Daten dann auch noch dem Projekt früher zur Verfügung.

Ist der Rechner beispielsweise täglich 12 h angeschaltet, dann kann bei "Target CPU run time" die Zeit von 12 Stunden eingegeben werden, sodass der Rechner je nach Anzahl der CPU-Kerne 1-4 WUs von jeweils ca. 5 MB erhält. Eine WU wird dann 12 h berechnet. Mit dem Standardwert von 3 Stunden würden dagegen ca. viermal soviele WUs heruntergeladen (vierfacher Traffic), die dann jeweils nur 3 Stunden berechnet werden. Zusätzlich muss bei der Einstellung von 3 Stunden jede WU noch an drei weitere Rechner verschickt werden, um auf den selben Berechnungsstand zu kommen wie 1 Rechner mit der Einstellung von 12 Stunden.

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Weblinks

Quellen

  1. Forschung zu spezifischen Krankheiten


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