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 Wissenschaft
19.06.2007

Vernetzte Gehirnsimulationen

Das Heidelberger „Bioquant“ als High-Tech-Standort eröffnet

Detaillierte Simulationen von Zellvorgängen sollen im Exzellenzcluster „Cellular Networks" durch modernste Technik, interdisziplinäre Zusammenarbeit und ein ausgeklügeltes Netzwerk umgesetzt werden.

Detaillierte Simulationen von Zellvorgängen sollen im Exzellenzcluster „Cellular Networks" durch modernste Technik, interdisziplinäre Zusammenarbeit und ein ausgeklügeltes Netzwerk umgesetzt werden.

Mehrere Monate lang wurde in der Nähe der Zoologie im Neuenheimer Feld ein stahlgraues, quadratisches Gebäude aus dem Boden gestampft – und im April als „Bioquant" feierlich eröffnet. Es gehört zur Exzellenzinitiative und soll im Rahmen der Grundlagenforschung an biologischen Systemen neue Maßstäbe setzen. Darüber hinaus soll es aber auch der Lehre zur Verfügung stehen.

Ab Oktober startet ein Dokto­r­andenprogramm in Zusammenarbeit mit der Heidelberger Graduiertenschule für Molekular- und Zellbiologie. Und auch die Forscher von morgen werden nicht vergessen; die Leiterin der Geschäftsstelle, Frau Dr. May-Britt Becker, plant eine Beteiligung an der „Kinderuni".

Allgemein wird im Exzellenzcluster „Cellular Networks" an Signalübertragungswegen innerhalb und außerhalb von Zellen geforscht. Die Forschungsbereiche teilen sich in vier Projektbereiche auf, die auch „Plattformen" genannt werden. Bereich A befasst sich mit Signalketten an der Zellmembran, während Bereich B an Signalübertragungswegen zwischen Zytoplasma und Kern forscht. Im Bereich C widmet man sich der intrazellulären Signalübertragung und Bereich D arbeitet an der Interaktion von Viren und ihren Wirtszellen. Zusätzlich zu diesen Forschungsplattformen gibt es eine zentrale Technologieplattform. Gleichzeitig ist eine Plattform für Modellierung geplant. Ein besonderer Schwerpunkt im Bioquant liegt in der Verknüpfung der verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen. Physiker, Informatiker, Biologen und auch die anderen Fachbereiche aus dem Neuenheimer Feld arbeiten hier einträchtig zusammen.

Zur Erforschung der Zelle werden moderne, hochauflösende Bildgebungsverfahren eingesetzt. Dazu gehören die Cryo-Elektronenmikroskospie und eine Fluoreszenzmikroskopie, die die Verwendung von bis zu zwanzig verschiedenfarbigen Markern in einer Probe ermöglicht. Eine neue Form der Lichtmikroskopie findet ebenfalls Verwendung: Die STED-Lichtmikroskopie, die ein wesentlich höheres Auflösungsvermögen erreicht als herkömmliche Lichtmikroskope. Professor Stefan Hell, der an der Entwicklung dieser Methode maßgeblich beteiligt war, arbeitet mittlerweile auch an der Universität Heidelberg.

Jedes dieser Verfahren liegt bezüglich Bildauflösung, Farben- und Detailreichtum nahe an den Grenzen der heutigen Technik. Somit stehen den Wissenschaftlern im Bioquant zahlreiche neue Technologien an einem Ort konzentriert zur Verfügung.

Um jedoch die zahlreichen Daten und Bilder zu verarbeiten und an das Simulationsprogramm zu koppeln, braucht man ein leistungsfähiges Netzwerk, ganz zu schweigen von den 74 Arbeitsgruppen, zwischen denen ein funktionierender Informations- und Ergebnisfluss herrschen soll. Dies stellt gewisse Anforderungen an die EDV. Wie schafft man eine ausreichende Konnektivität und Flexibilität, damit dieses Netz nicht reißt?

Eine Methode, die bisher erst bei wenigen Instituten der Universität angewendet wird, ist das sogenannte „Thin-Client-System". Hierbei werden die Sitzungen eines Mitarbeiters zentral gespeichert, statt wie üblich auf einem bestimmten Rechner. Jeder Mitarbeiter hat also anstelle eines Rechners ein deutlich kleineres Kästchen auf dem Schreibtisch, in das eine Chipkarte eingeführt wird. Nach dem Einloggen hat er dann Zugriff auf seinen Desktop, egal wo er sich gerade befindet.

Die Nutzer können zwischen Betriebssystemen wählen: Solaris, Linux oder Microsoft stehen zur Verfügung. Praktischerweise können Anwendungen verschiedener Betriebssysteme auf demselben Client auch nebeneinander laufen.

Falls große Datenmengen verarbeitet oder gespeichert werden müssen, können auch so genannte „Cluster" eingerichtet werden. Im Prinzip ist das ein Zusammenschluss von mehreren Rechnern, was eine größere Rechenleistung ermöglicht. Eine Arbeitsgruppe nutzt derzeit diese Möglichkeit und arbeitet mit einem 128-CPU-Cluster, was bedeutet, dass 128 Prozessoren parallel rechnen können.

Die Speicherkapazität für Benutzerdaten wird voraussichtlich erweitert werden müssen, sobald das Bioquant von allen Wissenschaftlern bezogen wird. Abgesehen davon rechnen die Systemadministratoren damit, dass das System die nächsten vier bis fünf Jahre allen Ansprüchen gerecht wird. Auf denselben Zeitraum sind sowohl die Forschungsprojekte als auch die Finanzierung des gesamten Bioquant ausgelegt.

Danach wird entschieden, wie es weitergehen soll. Weil das Bioquant eine neue Institution und als solche noch im Entstehen begriffen ist, gilt das Gleiche für das System, das ebenfalls noch etwas ausreifen muss. Größere Probleme traten bisher nicht auf, sieht man von einem Absturz der besonderen Art ab: Letzte Woche gab aus noch ungeklärten Gründen der Zwischenboden im Serverraum nach, wodurch zwei Serverschränke umkippten.

Die Hardware – sieht man von der Serververschalung und dem benachbarten Schreibtisch ab – überstand den Sturz jedoch ohne Schäden und das System konnte innerhalb weniger Tage repariert werden.

von Xiaolei Mu, Victorie Keerl
   

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