Winzige Proteine riesengroß – Molekularbiologie in 3D-Welten

Wo liegen die Ursachen von Krankheiten? Wie lässt sich die Wirkung von Medikamenten verbessern? Der Geschäftsbereich Visual Computing von Fraunhofer Austria bietet Molekularbiologen die Möglichkeit, ihre Simulationen virtuell zu erleben und dadurch neue Erkenntnisse zu gewinnen.

Geht es um die Wirksamkeit von Impfstoffen oder um die Agressivität von Giften, müssen Forscher die beteiligten Moleküle dreidimensional simulieren und analysieren. Wie sehen sie aus? Welche dreidimensionale Struktur hat ein Protein? Wie lässt sich anhand dieser Struktur vorhersagen, mit welchen Molekülen das Protein interagiert? Welche Funktion hat es? Bei den bisher verbreiteten Softwareanwendungen sind die Darstellung des simulierten Proteins und die Qualität der Graphik jedoch oft nicht besonders gut - insbesondere wenn größere Moleküle, bestehend aus tausenden Atomen, visualisiert und untersucht werden sollen.

Künftig geht das einfacher: Forscher des Geschäftsbereichs Visual Computing von Fraunhofer Austria in Graz haben in einem Projekt der DFG die Software "BioBrowser" entwickelt. Sie errechnet voll-automatisch aus den Forschungsdaten der Molekularbiologen die 3D-Modelle von kompliziert aufgebauten Proteinen und stellt sie auf Knopfdruck hochqualitativ und interaktiv dar. Die Forscher können das Molekül drehen und aus allen Winkeln betrachten, beliebig vergrößern sowie bestimmte Bereiche auswählen. Die Darstellung bleibt immer gestochen scharf. Der Nutzer kann zwischen den wichtigsten Darstellungstypen wechseln.

Die visualisierten Moleküle können sehr groß und kompliziert sein - häufig bestehen sie aus 50 000 und mehr Atomen. "Bei der Untersuchung von Molekülen entsteht eine riesige unüberschaubare Datenflut. BioBrowser verwandelt diese Daten in anschauliche Bilder und macht die Verbindung zwischen unterschiedlichen Molekülen sichtbar", fasst Dr. Eva Eggeling, Leiterin des Geschäftsbereichs Visual Computing, zusammen.

"Wir möchten jedem Molekularbiologen die kostenlose Möglichkeit bieten, seine Forschungssimulationen mittels unserer Software BioBrowser zu visualisieren", sagt Eggeling. Auf Anfrage erhalten interessierte Forscher einen Downloadlink und können das Programm direkt nutzen. Zudem können sie mit den Mitarbeitern in Graz einen Termin vereinbaren, um die Proteine auf einer großen 3D-Projektionswand studieren zu können. Die Grazer Forscher hoffen, der Molekularbiologie und Medizinentwicklung hierdurch neue Impulse zu geben. Momentan arbeiten sie daran, die Bedienoberfläche zu erweitern und zu verbessern. Mit dem Feedback der ersten wissenschaftlichen Nutzer überprüfen die Grazer, ob sie weitere Funktionen ergänzen müssen.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft