Wichtiger rechtlicher Hinweis
   
Kontakt   |   Suche   
FTE info logoMagazin für die europäische Forschung Sonderausgabe - April 2005   
Top
 HOME
 INHALT
 EDITORIAL
 KURZINFOS

PDF herunterladen de en fr


WISSENSCHAFT UND INFORMATIK
Title  Kurs auf die eBiologie

Sequenzierung des Genoms, Vergleich von DNA-Sequenzen oder Proteinen mithilfe der Methoden der Bioinformatik, Datenbanken mit Abbildungen von Gehirnen... Lauter Forschungen, die dank der phänomenal erhöhten Speicherkapazität der Computer möglich werden. Eine nächste Etappe könnte mit der Entwicklung vernetzter Rechner, deren Rechenkapazitäten gebündelt werden, erreicht werden.

Das von der EU unterstützte Projekt DataGrid hat zum Ziel, ein Netz geografisch verstreuter Computer zu entwickeln, damit die Wissenschaftler über eine bisher unerreichte Rechen- und Datenverarbeitungskapazität verfügen. Dem unter Leitung des Cern stehenden Projekt sind 20 weitere Partner aus Wissenschaft und Industrie angeschlossen.  © CERN
Das von der EU unterstützte Projekt DataGrid hat zum Ziel, ein Netz geografisch verstreuter Computer zu entwickeln, damit die Wissenschaftler über eine bisher unerreichte Rechen- und Datenverarbeitungskapazität verfügen. Dem unter Leitung des Cern stehenden Projekt sind 20 weitere Partner aus Wissenschaft und Industrie angeschlossen.
© CERN
Vor einigen Jahrtausenden übertrug die Erfindung der Schrift einen Teil unseres Wissens auf Trägermaterialien, Pergament oder Lehmtafeln. Vor einigen Jahrhunderten sorgte die Erfindung des Buchdrucks für die Stabilisierung und größere Verlässlichkeit dieses gespeicherten Gedächtnisses. Und seit Jahren haben nun die Computer das Heft ergriffen – und machen gleich einen Quantensprung: Der Computer begnügt sich nicht mehr damit, unser Gedächtnis zu entlasten. Er erlaubt den Forschern, neue Fragen zu stellen und Projekte zu starten, die vordem undenkbar gewesen wären.

Die Saga des Humangenoms
Das beste Beispiel ist zweifellos die Sequenzierung des menschlichen Genoms. Das Unternehmen wäre nicht möglich gewesen ohne die mächtigen Maschinen, die die Fragmente unseres Genoms, die eins nach dem anderen in zig Labors sequenziert wurden, virtuell zusammensetzten. Dieser erste Erfolg beschleunigte die Entwicklung einer neuen Disziplin, der Bioinformatik. Worum geht es? Darum, Nutzen zu ziehen aus dem Leistungsfortschritt der Computer, etwa durch den Vergleich von DNA-Sequenzen (zwischen Individuen oder Arten) oder das Aufspüren von Regionen, die für Proteine codieren, und der unvergleichlich viel zahlreicheren, die dies nicht tun.

Die Bioinformatik hat auch ein altes Problem der Biochemie ausgeräumt: Wie kann man, ausgehend von der Sequenz der Aminosäuren eines Eiweißes, die räumliche Struktur des Moleküls erkennen? Bis Anfang der 90er Jahre kristallisierte man das Eiweiß und beobachtete die Brechung der X-Strahlen. Diese mühsame, langwierige Arbeit war bei nicht löslichen Proteinen nahezu undurchführbar. Dank der Bioinformatik kann man heute – bis zu einem gewissen Grad – die dreidimensionale Organisation eines Proteins voraussagen und daraus Hypothesen über seine Funktion ableiten.

Bildgebung und Gehirn
Die Erhöhung der Rechenleistung ermöglichte auch spektakuläre Entwicklungen auf der Ebene des Organismus. Die Neurobildgebung liefert unglaublich präzise Abbildungen des Gehirns, seiner Struktur wie auch seines Funktionierens in vivo. Ihre Leittechnologie, die funktionale Magnetresonanz-Bildgebung (fMRI), erlaubt die Visualisierung der Regionen, die durch einen kognitiven Reiz – Kopfrechnen, Musikhören, an den Urlaub denken – aktiviert werden. In einer einzigen fMRI-Sitzung wird eine Datenmenge von 2 Gigabits gesammelt.

Seit einigen Jahren überlegt die Organisation for Human Brain Mapping, welche Möglichkeiten bestehen, diese Daten zu teilen. Manche träumen von einem „Humangehirn-Programm“, das nach dem Vorbild des Projekts, das die Entzifferung des Humangenoms erlaubte, eine erschöpfende, systematische Beschreibung unseres edelsten Organs zum Ziel hätte. „Die Sequenzierung des menschlichen Genoms war zwar eine gigantische, auf konzeptueller Ebene jedoch recht einfache Aufgabe“, bemerkt Richard Frackowiak vom Wellcome Department for Cognitive Neurology (London). „Aber bevor wir eine gemeinsame Neuro-Bildgebungs-Datenbank aufbauen, müssen wir Grundlagenarbeit leisten, um standardisierte Methoden sowohl für die Erlangung von Ergebnissen als auch für ihre Bearbeitung und Speicherung zu erhalten.“

Von DataGrid zu Egee
Die Verwirklichung eines solchen Vorhabens ist nicht zuletzt ein technisches Problem. Wo soll man die für die Bearbeitung derartiger Datenmengen notwendige Rechnerleistung hernehmen? Die Informatiker denken an das Konzept des grid computing, bei dem Computer zur Zuammenarbeit an demselben Projekt vernetzt werden. Dadurch werden ihre Rechen- oder Speicherleistungen gebündelt, und dies obendrein zu geringeren Kosten. Der Pionier dieses Ansatzes, das Cern in Genf, hat mit EU-Unterstützung das Pilotprojekt DataGrid gestartet, das zwischen 2000 und 2004 21 Institute in elf Ländern(1) vereinte. „DataGrid hat den europäischen Wissenschaftlern die erste überzeugende Demonstration im Großmaßstab eines leistungsfähigen Netzes  geliefert“, sagt Fabrizio Gagliardi, der Koordinator dieses Projekts. Dieser Erfolg, von dem die Physik ebenso profitierte wie die Biologie oder die Medizin, bewog die Partner, eine raschere Gangart einzulegen. Egee (Enabling Grids for e-science in Europe) vereinigt 70 europäische Labors, um eine Rechenleistung zu erhalten, die derjenigen von 100 000 PCs entspricht und rund um die Uhr verfügbar ist. „Egee wird allen europäischen Wissenschaftlern sowie auch dem industriellen FuE-Sektor einen verlässlichen, regelmäßigen Zugang zu dieser  Technologie vermitteln. Wie beim World Wide Web, das ebenfalls vom Cern konzipiert worden war, um bestimmte Bedürfnisse zu decken, ist es schwierig, die Auswirkungen dieser emergenten Technologie der Rechnernetze auf die Gesellschaft im Detail vorauszusagen. Doch alles deutet darauf hin, dass sie gewaltig sein werden“, schließt Fabrizio Gagliardi, der heute das Projekt Egee leitet.

(1) Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, Niederlande, Schweden, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Königreich.

    
  Top
Dossier 1 2

MEHR WISSEN

KONTAKTE