Linuxcluster

• Fachliche Zuordnung: Informatik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 87017268

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Eines von vielen wichtigen Forschungsprojekten, für die der Linux-Cluster der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg genutzt wurde, befasste sich mit der Untersuchung von Gesetzmäßigkeiten der Embryonalentwicklung in Tieren und Pflanzen. Die Embryonalentwicklung in Tieren unterliegt einer noch weitgehend unverstandenen Gesetzmäßigkeit, die durch den deutsch-baltischen Naturforscher Karl Ernst von Baer entdeckt und 1828 erstmals publiziert wurde. Sie besagt, dass sich Embryonen verschiedener Tierarten zu Beginn ihrer Embryonalentwicklung stark voneinander unterscheiden, dass sie sich zur Mitte der Embryonalentwicklung immer ähnlicher werden, und dass sie sich am Ende der Embryonalentwicklung wieder stark voneinander unterscheiden. Dieses morphologische Muster "divers-ähnlich-divers" wird heute das Morphologische Sanduhrmuster der Embryonalentwicklung in Tieren genannt. Eine erste molekulare Erklärung für dieses morphologische Sanduhrmuster konnte 2010 geliefert werden. Domazet-Lošo et al. sowie Kalinka et al. entdeckten eine weitere Gesetzmäßigkeit der Embryonalentwicklung von Taufliege und Zebrafisch, die besagt, dass die zu Beginn der Embryonalentwicklung aktiven Gene evolutionär jung sind, dass sich das evolutionäre Alter der aktiven Gene zur Mitte der Embryonalentwicklung erhöht, und dass die am Ende der Embryonalentwicklung aktiven Gene wieder evolutionär jung sind. Dieses molekulare Muster "jung-alt-jung" wird heute das Molekulare Sanduhrmuster der Embryonalentwicklung in Tieren genannt. Die Tatsache, dass die Embryonalentwicklung von Tieren und die von Pflanzen evolutionär unabhängig voneinander entstanden sind, erklärt, warum beide Prozesse sehr verschieden verlaufen. Sie erklärt eben-falls, dass das Morphologische Sanduhrmuster der Embryonalentwicklung zwar für Tiere, aber nicht für Pflanzen existiert bzw. dort auf Grund der komplexeren Morphologie der Embryonalentwicklung noch nicht beobachtet werden konnte. Vor dem Hintergrund der Verschiedenartigkeit der Embryonalentwicklung von Tieren und Pflanzen, ihres verschiedenen evolutionären Ursprungs sowie des Fehlens eines Morphologischen Sanduhrmusters der Embryonalentwicklung in Pflanzen untersuchten wir, ob es ähnlich wie in Tieren auch in Pflanzen ein fundamentales Muster der Embryonalentwicklung geben könnte. Diese Untersuchung erforderte die Berechnung von mehr als 200 Milliarden Sequenzvergleichen. Pro Sequenzvergleich mussten wiederum Tausende von Vergleichen der Basen A, C, G und T, aus denen DNA-Sequenzen aufgebaut sind, durchgeführt werden. Diese Berechnungen wurden auf dem Linux-Cluster der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg durchgeführt und ergaben, dass es auch in Pflanzen ein fundamentales Muster der Embryonalentwicklung gibt. Völlig überraschend war jedoch die Beobachtung, dass es trotz aller morphologischen und evolutionären Unterschiede der Embryonalentwicklung von Tieren und Pflanzen ein Molekulares Sanduhrmuster der Embryonalentwicklung auch in Pflanzen gibt, dass dieses also unabhängig voneinander in Tieren und Pflanzen durch konvergente Evolution entstanden sein muss. Diese Arbeit wurde 2012 in der Fachzeitschrift Nature publiziert. Darüber hinaus wurde der Linux-Cluster für viele weitere wichtige Forschungsprojekte von fünf Arbeitsgruppen von drei Instituten von zwei Fakultäten der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg genutzt. Der Linux-Cluster wurde in 17 verschiedenen Drittmittelprojekten eingesetzt und lieferte dort Ergebnisse für 56 weitere Publikationen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Cyclic tetraureas with variable flexibility - synthesis, crystal structures and properties. Organic & Biomolecular Chemistry, Vol. 6. 2008, Issue 18, pp.3244-3255.
  D. Meshcheryakov, F. Arnaud-Neu, V. Boehmer, M. Bolte, J. Cavaleri, V. Hubscher-Bruder, I. Thondorf, S. Werner
  
• MotifAdjuster: a tool for computational reassessment of transcription factor binding site annotations. Genome Biology, Vol. 10. 2009, no. 5: R46.
  J. Keilwagen, J. Baumbach, T. A. Kohl, I. Grosse
  
• Quantifying cross-correlations using local and global detrending approaches. European Physical Journal B, vol. 71. 2009, no. 2, pp. 243-250.
  B. Podobnik, I. Grosse, D. Horvatic, S. Ilic, P. C. Ivanov, H. E. Stanley
  
• Post-processing of protein-ligand docking poses using linear response MM-PB/SA: Application to Wee1 kinase inhibitor. Journal of Chemical Information and Modeling, Vol. 50. 2010, Issue 9, pp. 1574–1588.
  K. Wichapong, M. Lawson, S. Pianwanit, S. Kokpol, W. Sippl
  
• Structure and Mechanism of Sanguinarine Reductase, an Enzyme of Alkaloid Detoxification. Journal of Biological Chemistry, Vol. 285. 2010, Issue 24, pp. 18397-18406.
  A. Vogel, M. Lawson, W. Sippl, U. Konrad, W. Roos
  
• Exploiting prior knowledge and gene distances in the analysis of tumor expression profiles with extended Hidden Markov Models. Bioinformatics, Vol. 27. 2011, Issue 12, pp. 1645–1652.
  M. Seifert, M. Strickert, A. Schliep, I. Grosse
  
• Three-dimensional quantitative structure-activity relationship analyses of substrates of the human proton-coupled amino acid transporter 1 (hPAT1). Bioorganic & Medicinal Chemistry, Vol. 19. 2011, Issue 21, pp. 6409–6418.
  I. Thondorf, V. Voigt, S. Schaefer, S. Gebauer, K. Zebisch, L. Laug, M. Brandsch
  
• A transcriptomic hourglass in plant embryogenesis. Nature, Vol. 490. 2012, Number 7418, pp. 98–101.
  M. Quint, H.-G. Drost, A. Gabel, K. K. Ullrich, M. Bönn, I. Grosse.
  
• Novel aspects in structure-activity rela-tionships of profiled 1-aza-9-oxafluorenes as inhibitors of alzheimer disease-relevant kinases cdk1, cdk5 and gsk3β. MedChemComm, Vol. 3. 2012, Issue 11, pp. 1413-1418.
  V. Tell, K. A. Mahmoud, K. Wichapong, C. Schächtele, F. Totzke, W. Sippl, Andreas Hilgeroth
  
• Critical assessment of automated flow cytometry data analysis techniques. Nature Methods, Vol. 10. 2013, No. 3, pp. 228-238.
  N. Aghaeepour, G. Finak; FlowCAP Consortium; DREAM Consorti-um, H. Hoos, T. R. Mosmann, R. Brinkman, R. Gottardo, R. H. Scheuermann
  
• Population pharmacokinetic analysis of a nevirapine-based HIV-1 prevention of mother-to-child transmission program in Uganda to assess the impact of differ-ent dosing regimens for newborns. Journal of Clinical Pharmacology, Vol. 53. 2013, Issue 3, pp. 294–304.
  M. Frank, A. Kunz, G. Harms, C. Kloft