Collaborative Molecular Modeling

Molecular Modeling ist ein wesentlicher Bestandteil der modernen Biologie, Pharmazie, der Materialwissenschaften und einer Vielzahl weiterer Fachrichtungen. Eine der wichtigsten Aufgaben des Molecular Modeling ist die detailgenaue und intuitive Visualisierung dreidimensionaler molekularer Strukturen und ihrer Eigenschaften sowie die Interaktion mit und Simulation von dargestellten Objekten. Heute wird Molecular Modeling in der Regel von großen interdisziplinären Teams durchgeführt, die oft über die ganze Welt verteilt sind.

Existierende Anwendungen sind heute aber vor allem auf die Benutzung durch einen einzelnen Nutzer ausgelegt - mit begrenzter oder oft sogar ohne Unterstützung für kollaborative Arbeitsabläufe. Dieses Projekt des Intel VCI untersucht Möglichkeiten, die Arzneimittelentwicklung durch moderne Rendering-Techniken und eine deutlich verbesserte visuelle Wahrnehmung von dreidimensionalen molekularen Eigenschaften zu unterstützen. Dabei kommen neuartige Technologien wie etwa das 3D-Internet zum Einsatz, genauso wie kollaborative Arbeitsabläufe, die sich das Potenzial interdisziplinärer, virtueller Kooperation zu Nutze machen.

Unser Projekt baut auf drei Bereichen früherer und laufender Forschungsarbeiten auf:

  • Erweiterung der Anwendungen BALL und BALLView zur kollaborativen Nutzung: Erlaubt den simultanen Zugriff, die Bearbeitung und das Kommentieren molekularer Szenen in mehreren BALLView-Instanzen gleichzeitig und durch mehrere Nutzer über das Internet.
  • Rendering-Erweiterung und Protokollaktualisierung: Das Projekt nutzt den XML3D-Ansatz zur vollständigen Integration molekularer 3D-Objekte in das DOM von Webbrowsern sowie die Integration erweiterter XML3D-Renderer in gängige Webbrowser. Wir untersuchen, wie die Darstellung dynamischer Bausteine möglich ist, die on-the-fly erzeugt oder verändert werden. Dabei gilt es, eine optimale Build- und Laufzeitleistung für jeden einzelnen Fall und jede Plattform zu garantieren. Ein weiterer Fokus unserer Forschungsarbeit ist die Definition effizienter Update-Protokolle. Molekulare Objekte und die dazugehörigen Annotationen verändern sich ständig, weswegen Updates an alle Teilnehmer einer Sitzung gleichzeitig gesendet werden müssen. Techniken aus virtuellen Welten oder MMORGs könnten hier zur Anwendung kommen.
  • Integration verteilter Informationen und Konfliktlösung: Ein in diesem Zusammenhang wichtiges Thema ist auch die Vertraulichkeit und Sicherheit von Daten. Zu diesem Zweck untersuchen wir Ansätze aus der Grid/Cloud-Forschung. Weitere wichtige Themen sind das Management von und ein möglicher Abgleich sich widersprechender Änderungen an den gemeinsam genutzten strukturellen oder annotierten Daten. Außerdem soll auch das Potential untersucht werden, das sich aus der Kombination von Erkenntnissen aus der Anwendung BALL/BALLView oder Webservices mit dem Transport dreidimensionaler Geometrien via XML3D ergibt. Wir planen die Integration sequenzieller und struktureller Annotationen auf semantischer Ebene und möchten den Schwerpunkt dabei auf zwei Anwendungsbeispiele setzen: GPCR Kopplung und nukleare Rezeptoren.


Projektteam

Projektleiter
Prof. Dr. Andreas Hildebrandt

Projektmitarbeiter
Stefan Nickels, M.Sc.