Die Grundlage für Datenbanken zu molekularer Dynamik legen
Forschende aus Barcelona in Spanien haben ein kostenfreies und offenes Repository für Simulationen der molekularen Dynamik eingerichtet, es heißt BioExcel-CV19. Unterstützung wurde durch die EU-finanzierten Projekte MDDB sowie BioExcel-2 und BioExcel-3 geleistet. Mit der Datenbank können die molekularen Feinheiten bei einer SARS-CoV-2-Infektion besser erforscht werden. Die Eigenschaften der Datenbank sind in einem Artikel in der Fachzeitschrift „Nucleic Acids Research“ dargelegt. Bei Simulationen der molekularen Dynamik, die weltweit durchgeführt werden, um die physikalischen Bewegungen von Atomen und Molekülen zu analysieren, werden immense Datenmengen generiert. Diese Daten stehen der wissenschaftlichen Gemeinschaft jedoch meist nicht zur Verfügung. Bisher basierten Bemühungen, diese Daten sicher und wiederverwendbar aufzubereiten, auf einfachen Datenbanken, die keine wirkliche Lösung darstellen, da sie nur eine begrenzte Anzahl an Standardanalysen für einzelne kurze Trajektorien enthalten. Was wirklich gebraucht wird, ist eine Datenbank, über die flexible Analysen erfolgen können und die mit größeren Systemen kompatibel ist. Hier kommt BioExcel-CV19 ins Spiel.
Ein Durchbruch bei Datenbanken zur molekularen Dynamik
Über die Plattform haben Forschende Zugang zu atomistischen Trajektorien der molekularen Dynamik von Makromolekülen bei einer COVID-19-Infektion. Die wichtigen Informationen enthalten auch Erkenntnisse zur Rolle wichtiger SARS-CoV-2-Proteine, wie dem Spike-Protein, dem Angiotensinkonversionsenzym-2, der rezeptorbindenden Domäne, Polymerase, Nuklearproteinen und Membranproteinen. Mit Stand August 2023 sind in der Datenbank 10 000 Trajektorien enthalten. Diese Trajektorien werden mit einer Reihe an Qualitätskontrollanalysen und Systeminformationen dargestellt. Alle Daten aus dem Projekt können über eine REST-Programmierschnittstelle heruntergeladen werden. Über eine App namens Jupyter Notebooks, die in die Plattform integriert wurde, können Endnutzende benutzerdefinierte Meta-Analysen durchführen. Für den Zugriff auf BioExcel-CV19 ist keine Anmeldung erforderlich, die Datenbank ist für alle Nutzenden kostenfrei und offen. „Diese Datenbank ist ein Durchbruch bei Datenbanken zur molekularen Dynamik: Sie ist kompatibel mit großen Systemen und langen Trajektorien und kann gleichzeitig nahtlos mit modernen Simulationen integriert werden“, erklärt der leitende Studienautor Modesto Orozco vom Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona) in Spanien, dem Projektträger von MDDB und Projektpartner bei BioExcel-2 und BioExcel-3, in einer Pressemitteilung auf „EurekAlert!“. „In der Datenbank werden Trajektorien von verschiedenen Forschungsgruppen zusammengetragen. Das zeigt den kollaborativen Ansatz für wissenschaftliche Entdeckungen“, ergänzt der Forscher. Die Datenbank ist wichtig für Forschungsgebiete wie Virologie, Genomik, Struktur- und Molekularbiologie, Arzneimittelentwurf, maschinelles Lernen und biomolekulare Simulation. Im Bereich biomolekularer Simulationen können die Forschenden anhand der enormen Datenmenge auf BioExcel-CV19 die Algorithmen und Kraftfelder der molekularen Dynamik optimieren. Durch die Neuanalyse und Wiederverwendung von Daten sind neue Meta-Analysen und Entdeckungen möglich. „Plattformen wie BioExcel-CV19 sollten zum Standard werden, ähnlich wie die Protein Data Bank (PDB) in der Strukturbiologie“, so der Mitautor Adam Hospital, auch vom IRB Barcelona, der die Arbeit gemeinsam mit Orozco leitete. Das Projekt BioExcel-2 (BioExcel Centre of Excellence for Computational Biomolecular Research) endete im Jahr 2022. MDDB (Molecular Dynamics Data Bank. The European Repository for Biosimulation Data) und BioExcel-3 (BioExcel Centre of Excellence for Computational Biomolecular Research) enden im Jahr 2026. Weitere Informationen: MDDB-Projekt BioExcel-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
MDDB, BioExcel-2, BioExcel-3, COVID-19, SARS-CoV-2, molekulare Dynamik, Protein, Daten, Datenbank, biomolekular