RNA World/Project description

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RNA World Projektbeschreibung

RNA World ist ein verteilter Supercomputer, der internetverbundene Computer dazu einsetzt, RNA Forschung voranzutreiben. Dieses System dient zur Identifizierung, Analyse, Strukturvorhersage und zum Design von RNA Molekülen auf der Basis etablierter Bioinformatiksoftware im Hochleistungs- und Hochdurchsatzverfahren.

Im Gegensatz zu klassischen Bioinformatikansätzen verlässt sich RNA World nicht auf einzelne Desktop Computer, Webserver oder Supercomputer. Stattdessen repräsentiert es einen sich kontinuierlich evolvierenden Cluster weltweit verteilter Maschinen beliebigen Typs. Als solches ist RNA World sehr heterogen und umfasst im Moment je nach betrachteter Anwendung internetverbundene Computer, die das Betriebssystem linux, Windows oder OSX einsetzen - Dein Rechner könnte ein wichtiger Teil von RNA World sein. Die Tatsache, dass Hardware- und Stromkosten von den freiwilligen Unterstützern getragen werden eröffnet die Möglichkeit viele interessante Untersuchungen durchzuführen, die unter ökonomischen Aspekten nicht durchführbar wären. Im Gegenzug strebt RNA World keinen Profitgewinn an, setzt ausschließlich Open Source Code ein und wird seine Ergebnisse der Öffentlichkeit zugänglich machen.

In seiner aktuellen Form betreibt RNA World eine vollautomatisierte Hochdurchsatzanalysesoftwareversion von Infernal1, einem Programmpaket, das in Sean Eddys Arbeitsgruppe zur systematischen Identifizierung nicht-kodierender RNAs entwickelt wurde. Das Ziel dieses RNA World Teilprojekts ist die systematische Identifizierung und Veröffentlichung aller bekannter RNA Familienmitglieder in allen bislang bekannten Organismen. Mit Deiner Hilfe möchten wir ebenfalls etablierte Bioinformatikdatenbanken, wie z.B. Rfam2 mit unseren Ergebnissen versorgen, um deren Aktualität deutlich verbessern zu helfen und die Unterhaltungskosten zu reduzieren.

Im Gegensatz zu anderen 'distributed & grid computing' Projekten entwerfen die RNA World Entwickler universell einsetzbare Benutzerschnittstellen auf Browserbasis, die es nichtassoziierten Wissenschaftlern ermöglichen, parallel zu unseren eigenen laufenden Forschungsprojekten RNA World zu ihren eigenen Forschungszwecken einzusetzen. Und all dies selbstverständlich kostenlos.

Warum RNA?

Jedes zelluläre Protein wird auf Basis eines kurzlebig hergestellten Botenmoleküls, der sogenannten mRNA hergestellt. Diese mRNA wird dann durch eine zelluläre Maschine erkannt, welche die Basensequenz der mRNA in das zugehöriges Protein übersetzt (eine Folge von Aminosäuren). Diese Proteinsynthesemaschinerie, die man als Ribosom bezeichnet, ist interessanter Weise ein Ribozym, das heißt, es handelt sich hierbei um eine katalytisch aktive Ansammlung mehrerer RNA Moleküle. Mit anderen Worten: RNAs dienen nicht nur als Botenmoleküle oder üben strukturelle Funktionen aus, wie beispielsweise als tRNA, sondern können ebenso wie viele Proteine als Katalysatoren wirken, die biochemische Reaktionen durchführen. Zusätzlich enthält das Ribosom etliche Proteinkomponenten und bildet zusammen mit den RNAs einen hochkomplexen Ribonukleoproteinpartikel, allerdings ist die Funktion der ribosomalen Proteine hauptsächlich auf strukturgebende Aufgaben beschränkt, so dass das Ribosom seine korrekte Gestalt einnehmen kann.

Faszinierender Weise zeigte die ursprüngliche Analyse des menschlichen Genoms, dass offenbar nur ein sehr kleiner Anteil der DNA unseres Erbguts Proteine kodiert. Wissenschaftler dachten zunächst "Wozu soll diese Müll-DNA gut sein?" oder "Können wir diese Bereiche nicht einfach entfernen?". Inzwischen hat sich herausgestellt, dass wahrscheinlich ein großer Teil der regulatorischen Prozesse, die in menschlichen Zellen stattfinden, durch kleine RNAs, die sogenannten miRNAs bestimmt werden. Neben anderen Funktionen scheinen diese miRNAs dafür verantwortlich zu sein, dass eine Hautzelle eine Hautzelle wird, während sich eine Muskel-, Leber- oder Haarzelle im Verlauf der embryonalen Entwicklung aus Stammzellen tatsächlich jeweils in genau den jeweiligen Zelltyp differenziert, obwohl das genetische Material (DNA) all dieser sehr verschiedenen Zellen im Grunde genommen identisch ist. Darüber hinaus scheint es, dass viele Krebstypen entweder begleitet sind von einer massiven Veränderung des normalen miRNA-Profils oder in den betroffenen Zellen erst durch eine solche Veränderung der miRNA-Produktion verursacht werden. Mehr noch, inzwischen wurden Viren entdeckt, die miRNAs in die von ihnen befallenen Zielzellen einschleusen und mit Hilfe dieser das regulatorische Netzwerk gezielt so verändern, dass letztlich gewisse Krankheiten entstehen.

Auf Basis der oben kurz skizzierten Tatsachen können wir eindeutig festhalten, dass ein umfassendes Vorantreiben der RNA-Forschung - z.B. durch Unterstützung des RNA World Projekts - zu wichtigen Entdeckungen führen kann, die letztlich auch einen signifikanten Beitrag im Bereich zukünftiger Medikamententwicklung leisten könnten.

Literatur

(1) Infernal 1.0: inference of RNA alignments. Nawrocki EP, Kolbe DL, Eddy SR. Bioinformatics. 2009 May 15;25(10):1335-7. Epub 2009 Mar 23. PMID: 19307242.

(2) Rfam: updates to the RNA families database. Gardner PP, Daub J, Tate JG, Nawrocki EP, Kolbe DL, Lindgreen S, Wilkinson AC, Finn RD, Griffiths-Jones S, Eddy SR, Bateman A. Nucleic Acids Res. 2009 Jan;37(Database issue):D136-40. Epub 2008 Oct 25. PMID: 18953034.

(3) Petabyte-scale innovations at the European Nucleotide Archive. Cochrane G, Akhtar R, Bonfield J, Bower L, Demiralp F, Faruque N, Gibson R, Hoad G, Hubbard T, Hunter C, Jang M, Juhos S, Leinonen R, Leonard S, Lin Q, Lopez R, Lorenc D, McWilliam H, Mukherjee G, Plaister S, Radhakrishnan R, Robinson S, Sobhany S, Hoopen PT, Vaughan R, Zalunin V, Birney E. Nucleic Acids Res. 2009 Jan;37(Database issue):D19-25. Epub 2008 Oct 31. PMID: 18978013.


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