Wer für ein Türschloss den passenden Schlüssel sucht, muss eine räumliche Vorstellung davon haben. Ähnlich geht es Forschern, die Formen und Strukturen von Molekülen begreifen müssen, um neue Medikamente zu entwerfen. Bioinformatiker in Saarbrücken und Tübingen haben dafür die frei verfügbare Software Ballview entwickelt. Mit ihrer Hilfe kann man jetzt wie in einem 3-D-Kino in die virtuelle Welt von Wirkstoff-Molekülen, DNA und Viren eintauchen. Außerdem haben die Wissenschaftler ermöglicht, dass internationale Forschergruppen über das neue 3-D-Internet im Medikamentendesign zusammenarbeiten können.
Die Saarbrücker Bioinformatiker werden diese Forschungsergebnisse erstmals auf der Computermesse Cebit 2010 vom 2. bis 6. März in Hannover am saarländischen Forschungsstand (Halle 9, Stand B 43) präsentieren.

Mit der Software Ballview können komplizierte Moleküle und deren physikalische Eigenschaften, aber auch umfangreiche biologische Systeme wie etwa Viren berechnet und visualisiert werden. Damit Forscher sich noch besser die räumlichen Strukturen der Moleküle vorstellen können, werden diese jetzt auch stereoskopisch dargestellt. Dabei werden zwei Bilder an einer Leinwand so übereinander gelegt, dass der Betrachter sie durch eine 3-D-Brille mit enormer Tiefenwahrnehmung sehen kann. Er erhält dadurch einen äußerst realistischen räumlichen Eindruck und kann die Proteine oder Viren direkt an der Leinwand verschieben, in einzelne Bereiche hineinzoomen und diese dann bearbeiten. Dabei kommen moderne Eingabegeräte wie die 3-D-Spacemouse zum Einsatz, mit der man in virtuellen Umgebungen Objekte bewegen kann. Auch das so genannte Headtracking, das die Kopfbewegungen des Anwenders über Infrarotsensoren erfasst, hilft bei der Steuerung.

Dr. Andreas Hildebrandt leitet eine Forschergruppe am Zentrum für Bioinformatik und dem Intel Visual Computing Institute der Universität des Saarlandes. Sein Team kombinierte die neue Visualisierungstechnik mit dem Ray-Tracing-Verfahren, das vom Computergraphik-Team um Professor Philipp Slusallek zur Marktreife gebracht wurde. Damit können die räumlichen Strukturen der Moleküle auf sehr realistische Weise mit Licht, Schatten und Spiegelungen dargestellt werden. Diese erweiterte Ballview-Software, die bisher nur an zweidimensionalen Bildschirmen zum Einsatz kam, kann jetzt auch im 3-D-Kino an der stereoskopischen Leinwand betrachtet werden. Die Messebesucher der Cebit haben dazu am saarländischen Forschungsstand die Gelegenheit.

Da im Medikamentendesign viele Forschergruppen auf der ganzen Welt zusammenarbeiten, haben die Saarbrücker Informatiker außerdem die Möglichkeit geschaffen, dreidimensionale Darstellungen über das Internet auszutauschen und anzuzeigen. Die dafür notwendige 3-D-Technologie für das Internet, genannt "XML3D", wurde von einem Forscherteam um Professor Philipp Slusallek am Intel Visual Computing Institute der Universität des Saarlandes und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz entwickelt. Durch eine Erweiterung von gewöhnlichen Webbrowser können damit komplexe dreidimensionale Graphiken verarbeitet werden. Diese neue Web-Technologie wurde jetzt auch in die Ballview-Software integriert. So können Wissenschaftler künftig über das Internet Moleküle auf dreidimensionale Weise betrachten und gemeinsam am Bildschirm bearbeiten.

Ballview ist im Rahmen eines Forschungsprojektes am Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken entwickelt worden. Heute wird das Open-Source-Programm von drei Forscherteams an den Zentren für Bioinformatik in Saarbrücken und Tübingen weiter entwickelt. Beteiligt sind unter anderem Dr. Andreas Hildebrandt, Professor Hans-Peter Lenhof (Universität des Saarlandes) Professor Oliver Kohlbacher (Universität Tübingen) und Anna Dehof (Universität des Saarlandes). Die Raytracing-Bibliothek RTfact wird durch das Team von Professor Philipp Slusallek entwickelt. Beteiligt sind unter anderem Iliyan Georgiev und Lukas Marsalek von der Universität des Saarlandes.


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Quelle: Universität des Saarlandes / Informationsdienst Wissenschaft (02/2010)