Rosetta@home: Unterschied zwischen den Versionen

Steckbrief
Kategorie:	Biologie & Medizin
Betreiber:	University of Washington (Fachrichtung Biochemie)
Nationalität:	USA
Start:	September 2005
Status:	Stabil
Webseite:	boinc.bakerlab.org/rosetta/
Webseite (Alpha):	ralph.bakerlab.org
Anmelde-URL:	http://boinc.bakerlab.org/rosetta/
Anmelde-URL (Alpha):	http://ralph.bakerlab.org/
Clients
x86	x	x	x	-	-
x86-64	x	x	x	-	-
PowerPC	-	-	x	-	-
Planet 3DNow! Teamstatistik
Planet 3DNow! Teamstatistik (Alpha)
Platzierung Planet 3DNow!: (Alpha: ) (powered by BOINCstats)

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:

Eine bessere Strukturvorhersage führt zu Verbesserungen des Proteindesigns, die sich wiederum direkt in die Produktion neuer Enzyme, Impfstoffe usw. umsetzen lassen.
Die Strukturvorhersage identifiziert Angriffspunkte für neue Arzneimittel, da dabei sehr viel über die Funktion vieler Proteine bekannt wird.
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

TODO - wesentliche Erfolge des Projekts

Planet 3DNow!

Planet 3DNow! nimmt seit dem 09.09.2006 mit einem eigenen Team an Rosetta@home teil.

TODO - Teamgeschichte bei Rosetta

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 unter der Auswahl des ersten Punktes "Nein, neues Teilnehmerkonto" erstellt. Dazu wird die Emailadresse und das gewünschte Passwort eingegeben und bestätigt. In den Account kann man sich nun über boinc.bakerlab.org/rosetta/home.php einloggen und dort Änderungen an den Einstellungen vornehmen. Siehe auch den Artikel zur BOINC-Konfiguration.
Dies ist vor allen Dingen bei der Erstellung eines "neuen" Accounts wichtig, da man dann gleich unter "Account information" seinen Namen, unter dem man später in den Statistiken zu finden ist, eingeben bzw. ändern kann. Weiterhin ist es auf der Seite Planet 3DNow! Teamstatistik unter "Join this team" möglich dem Planet 3DNow! Team beizutreten und es tatkräftig bei Rosetta@home zu unterstützen.
Wenn schon ein Rosetta-Account vorhanden ist, weil einfach nur das Betriebssystem neu installiert worden ist oder ein weiterer Rechner für den gleichen Rosetta-Account rechnen soll, dann wird der zweite Punkt "Ja, existierendes Teilnehmerkonto" ausgewählt und Rosetta@home unter der Eingabe der Emailadresse und des Passworts auf diesem Rechner eingerichtet.

Der BOINC-Client verbindet sich dann mit dem Projekt und lädt den Client für Rosetta und die ersten Work-Units herunter.

Besondere Einstellungen

Im Rosetta-Account unter "Preferences" -> "Rosetta@home preferences control resource share and customize graphics" -> "Target CPU run time" kann bei Rosetta die Bearbeitungszeit der einzelnen Workunits eingestellt werden.

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 regelmäßig 12 h/Tag angeschaltet, dann kann bei "Target CPU run time" die Zeit von 12 Stunden eingegeben werden und der Rechner erhält dann 1-2 WUs von ca 5 MB. Eine WU wird dann 12 h berechnet. Der Standardwert ist 3 h und würde dann 4-5 WUs von ca. 5 MB entsprechen, wobei eine WU dann nur 3 h berechnet wird. Diese Angaben gelten für einen Single-Core Prozessor und Standardeinstellungen. An diesem Beispiel kann man auch sehen, dass diese WU dann dreimal weniger an andere Rechner verschickt werden muss, um die restlichen Strukturen zu berechnen.

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Weblinks

boinc.bakerlab.org - Internetpräsenz des Projekts
ralph.bakerlab.org - Internetpräsenz des Alphatests
Planet 3DNow! Teamstatistik
Planet 3DNow! Teamstatistik (RALPH@home - Rosetta@home Alphatest)

Quellen

↑ Forschung zu spezifischen Krankheiten

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