Use case: hoe moleculen communiceren

Ook moleculen communiceren met elkaar. Hoe ze dat doen, dát probeert Alexandre Bonvin, hoogleraar computationele structuurbiologie aan de Universiteit Utrecht, te voorspellen. En daarvoor maakt hij gebruik van computerkracht van over heel de wereld via de Europese Open Science Cloud en de Europese Grid Infrastructure (EGI).

spijkers in een bord complex verbonden door garen

Complexe rekenmodellen

Biomoleculen bestaan onder andere uit eiwitten die met elkaar communiceren. Om uit te vinden hóe ze dat doen, zijn complexe rekenmodellen nodig. Bonvin: “Een fout in de communicatie bij de moleculen of netwerken van moleculen ligt aan de basis van veel ziekten en aandoeningen. Moleculen communiceren vaak via een sluiter- en slotprincipe. Stel dat je bepaalde sloten blokkeert, dan zou je sommige ziekten wellicht kunnen stoppen of afremmen. Denk aan het coronavirus. Als je kunt ontdekken hoe de eiwitten in de cellen van het virus binden, dan heb je een kans om een vaccin of geneesmiddel te ontwikkelen. Onze software kan daarbij ondersteunen.”

Op atomair niveau

Het onderzoek van Bonvin en zijn collega’s richt zich op de ontwikkeling van betrouwbare bio-informatica en computationele benaderingen voor het voorspellen, modelleren en ontleden van biomoleculaire interacties op atomair niveau. In gewone mensentaal: ze maken 3D-modellen van moleculen en moleculnetwerken. Hiervoor ontwikkelden zij software genaamd HADDOCK. Onderzoeker kunnen vervolgens weer gebruikmaken van deze software.

Inzicht

Via HADDOCK wordt bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar de verspreiding van hersentumoren in het lichaam. Inzicht in het mechanisme van de tumorgroei is belangrijk voor de medische behandeling. Onderzoekers van de Universiteit van Bordeaux konden met behulp van de software de interactie tussen een molecuul testen - die betrokken is bij kankerprocessen - en een membraanreceptor die de uitbreiding van de tumor reguleert. 

Webportaal

Gebruikers uploaden de data via een webportaal. Hierbij helpt ook het internationale grid van EGI. “De berekeningen worden de wereld ingestuurd”, legt Bonvin uit. “In heel Europa, maar ook bijvoorbeeld China, Taiwan of de VS, zo’n 25 miljoen per jaar. Daarbij loopt ongeveer 70 procent via het SURF-netwerk. Het berekenen van de modellen vergt enorme rekenkracht. Groot voordeel van deze werkwijze is dat de calculaties niet weken of zelfs maanden duren, maar dagen. Ook kunnen we onze eigen computers blijven gebruiken om aan de methodologie te sleutelen.”

Over heel de wereld

“Het mooie aan mijn werk? Onze software en methodologie wordt door gebruikers van over heel de wereld gebruikt, in 110 verschillende landen”, weet Bonvin. “Fantastisch om te zien dat dit nieuwe inzichten oplevert. Niet alleen onderzoekers, maar ook studenten weten de weg naar ons platform steeds beter te vinden.”