Neue Mitglieder

Neue Mitglieder wie Prof. Sánchez-García oder Prof. Probst bringen neue Themen im CCSS ein und benötigen gerade am Anfang dessen Unterstützung bei Administration, Rechnernutzung und insbesondere Rechenzeitressourcen.

Prof. Alexander Probst ist Leiter der “Group for Aquatic Microbial Ecology (GAME)” am Biofilm Center der Universität Duisburg-Essen, an welcher er auch die Professur für Aquatische Mikrobielle Ökologie vertritt. Herr Probst wechselte von der University of California, Berkeley, wo er als PostDoc an Kaltwassergeysiren forschte, nach Essen. Diese Forschung setzt er nun hier an der UDE fort, wobei dabei ein besonderer Schwerpunkt die terrestrische tiefe Biosphäre ist, die größtenteils von unbekannten Mikroorganismen bevölkert wird. Diese unbekannten Lebensformen werden im Verlauf der Forschung in den „Baum des Lebens“ eingeordnet (Hug et al. 2016) – ein Modell für Forschung und Lehre, welches ständiger Veränderung unterliegt. Fast täglich werden heutzutage neue Organismen mittels Genomsequenzierung aus der Umwelt entdeckt und bedürfen der taxonomischen Einordung. Für individuelle Gruppen kann dies schnell passieren, sofern entsprechende Nachbargruppen bereits bekannt sind. Jedoch stellt diese Einordnung gerade bei komplett unbekannten Arten, von welchen keine nah verwandten Organismen bekannt sind, eine größere Herausforderung dar. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit metabolischen Stoffwechselvorgängen im terrestrischen Untergrund, genauer mit der tiefen Biosphäre. Hier werden in fast jeder Probe zig neue mikrobielle Arten entdeckt, die klassifiziert werden müssen. Als Beispiel sei hier eine neue Veröffentlichung in Nature Microbiology genannt, in welcher mehr als 1.200 neue Genome vorgestellt werden. Um den Baum des Lebens weiterhin erweitern und neue Organismen korrekt klassifizieren zu können, benötigt die Gruppe von Prof. Alexander Probst an der UDE pro Jahr ca. 300.000 CPUStunden. Die benutzten Algorithmen beinhalten Maximum Likelihood Methoden und Bayesian Inferences, um phylogenetische Bäume basierend auf Alignments von konkatenierten Markergenen zu berechnen. Die Resultate werden in sehr vielen Fachartikeln, die aus der Arbeitsgruppe hervorgehen werden, Verwendung finden.

Das Team um Prof. Elsa Sánchez-García verwendet Computersimulationen, um komplexe chemische und biochemische Prozesse zu studieren. Im Fokus stehen dabei Eigenschaften, Reaktionsverhalten und Anwendungen unterschiedlichster Systeme, beispielsweise Studien zur Stabilisierung reaktiver Moleküle, zur Funktion von Proteinen und zu enzymatischen Reaktionen. Im Zentrum der Forschung steht die Implementierung und Anwendung von Hybridmethoden, typischerweise Quantenmechenik/Molekularmechanik- Näherungen (QM/MM und QM/MM/ CG). Für biomolekulare Anwendungen ist es wichtig, dass die Funktionalität von Systemen mit unterschiedlichster Komplexität – von intrinsisch fehlgeordneten Peptiden zu großen Biomolekülen – durch Wechselwirkungen mit kleinen Molekülen und Peptiden gesteuert werden kann. Die Studien erlauben es dann, die Bindungstaschen in Proteinen vorherzusagen und darauf basierend verbesserte Liganden mit maßgeschneiderten Eigenschaften „in silico“ zu entwickeln. Auf der anderen Seite sind Mutationen ein Werkzeug zur Regulation biologischer Prozesse. Entsprechende Arbeiten führen zu einem molekularen Verständnis des Effektes von Mutationen in biologischen Systemen. An erster Stelle steht dabei die computergestützte Voraussage von Mutationen zur gezielten Veränderung von Proteineigenschaften, z.B. der enzymatischen Aktivität. Zudem wird die Rolle intermolekularer Wechselwirkungen zwischen Solvens (Wasser in den meisten biologisch relevanten Systemen) und Solut zur Optimierung der enzymatischen Katalyse und Steuerung der Proteinaggregation und Protein-Ligand Wechselwirkung untersucht, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Gruppe hat typischerweie einen Bedarf von 25 Millionen Kernstunden im Jahr, die über magnitUDE, weitere Cluster und Anträge in Jülich abgedeckt werden.