"Neben der Theorie und dem Experiment hat in den letzten zehn bis 15 Jahren eine dritte Art der Wissensfindung enorm an Bedeutung gewonnen: die Computational Science oder rechnergestützten Wissenschaften", sagt Univ.-Ass. Dr. Wilfried Gansterer vom Research Lab Computational Technologies and Applications der Fakultät für Informatik. "In verschiedenen Anwendungsbereichen treten Probleme auf, die man auf der Basis mathematischer Modelle mithilfe des Computers simulieren und untersuchen kann", erklärt Gansterer, der die rechnergestützten Wissenschaften als Ergänzung zu Theorie und Experiment sieht: "Man kann auf diese Weise empirische Beobachtungen verifizieren, sich teure Experimente ersparen oder Dinge untersuchen, die man experimentell nicht oder nur eingeschränkt untersuchen könnte - wie etwa ein Erdbeben.
"Informatik, Chemie und Lebenswissenschaften"
Keine Naturkatastrophen, sondern Probleme der Chemie, Molekularbiologie und Pharmazie bilden die Inhalte des Forschungsprojekts "CPAMMS - Computing Paradigms and Algorithms for Molecular Modeling and Simulation: Applications in Chemistry, Molecular Biology and Pharmacy". Das Projekt beruht auf einer Zusammenarbeit der Fakultäten für Informatik, Chemie und Lebenswissenschaften und wird innerhalb des universitären Forschungsschwerpunktes "Rechnergestützte Wissenschaften" durchgeführt. "Es geht um die computergestützte Simulation von molekularen Vorgängen", schildert der Informatiker. Dabei sind mehrere Anwendergruppen beteiligt.
Computergestützte Photochemie und Photobiologie
Die Gruppe von Univ.-Prof. Dr. Hans Lischka vom Institut für Theoretische Chemie beschäftigt sich mit der Computersimulation von ultraschnellen chemischen Prozessen, die durch Lichteinwirkung zustande kommen. Ein Beispiel ist die Untersuchung der Photostabilität von DNA-Basen. "Hier geht es um das Verständnis der Resistenz wesentlicher Bausteine des Lebens gegenüber Sonneneinstrahlung und um die Frage nach deren evolutionären Vorteil in Konkurrenz zu der Vielzahl von anderen Molekülen, die in den Anfangsstadien der Entstehung des Lebens zur Verfügung standen", schildert Lischka.
Forschung an ionischen Lösungsmitteln
Univ.-Prof. Dr. Othmar Steinhauser vom Institut für Computergestützte Biologische Chemie forscht an ionischen Lösungsmitteln: als reine Flüssigkeiten, in ihren Mischungen mit Wasser und als Lösungsmittel für Biomoleküle.
Medikamentenselektion am Computer
Ao. Univ.-Prof. Mag. Dr. Gerhard Ecker vom Department für Medizinische/Pharmazeutische Chemie beschäftigt sich schließlich mit dem Entwicklungsprozess von Medikamenten. "Bisher hat man hier mit Experimenten gearbeitet", weiß Gansterer. "Das dauert aber sehr lange, ist teuer und auch oft eine Glückssache - denn unter zehn Millionen möglichen Substanzen findet man vielleicht drei, die funktionieren." Mit dem Computer kann der Selektionsprozess durch "In Silico High Throughput Screening" beschleunigt werden: "Aus den zehn Millionen Substanzen wird am Computer vorselektiert, so dass einige (Zehn)Tausend Substanzen übrig bleiben. Diese können dann in die Experimentierphase gehen.
"Schnell, vernetzt und interdisziplinär"
Für die Informatik sind die methodischen Anforderungen des Projekts interessant", meint Wilfried Gansterer. Das heißt: existierende Algorithmen verbessern und eventuell neue entwickeln, schnellere Simulationen erreichen und möglichst rasch, mit vernetzten Rechnerressourcen und Parallelrechnern arbeiten. Die Interdisziplinarität betrachtet er als Herausforderung, schließlich müssen VertreterInnen verschiedener Wissenschaftsbereiche, die über unterschiedliche Terminologien verfügen, zusammenarbeiten.Rechnergestützte Wissenschaften als Zukunftsdisziplin"Die rechnergestützten Wissenschaften sind eine Zukunftsdisziplin", so Gansterer. Deshalb ist es ihm wichtig, die Ergebnisse aus dem Projekt auch in die Lehre einfließen zu lassen - etwa im Rahmen des Magisterstudiums "Scientific Computing". (sk)
Das dreijährige Projekt "CPAMMS" (Computing Paradigms and Algorithms for Molecular Modeling and Simulation: Applications in Chemistry, Molecular Biology and Pharmacy) ist Teil des universitären Forschungsschwerpunkts "Rechnergestützte Wissenschaften" und startete im November 2006. Beteiligt sind Wilfried Grossmann und Siegfried Benkner vom Institut für Scientific Computing, Hans Lischka und Karl Peter Wolschann vom Institut für Theoretische Chemie, Othmar Steinhauser vom Institut für Computergestützte Biologische Chemie sowie Gerhard Ecker vom Department für Medizinische/Pharmazeutische Chemie. Projektkoordinator ist Wilfried Gansterer vom Research Lab Computational Technologies and Applications.
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