vis.uni-stuttgart.deVisualisierung von Proteindynamik und Systembiologie
- Molekulardynamik-Simulationen spielen in der biochemischen, pharmazeutischen und medizinischen Forschung eine große Rolle. Insbesondere die Analyse des Verhaltens von Proteinen in unterschiedlichen Lösungsmitteln ist für viele Vorgänge von Interesse. Bei der Simulation fallen große, zeitabhängige Datensätze - sogenannte Trajektorien - an. Die Visualisierung dieser Trajektorien ermöglicht es, das simulierte Verhalten interaktiv zu untersuchen. Darüber hinaus ist auch die automatische Extraktion von Merkmalen aus den Rohdaten und die geeignete Visualisierung dieser Merkmale ein wichtiges Thema. Hierbei spielt insbesondere die abstrakte Darstellung des Lösungsmittelverhaltens eine große Rolle. Um eine interaktive Analyse und eine qualitativ hochwertige Visualisierung zu gewährleisten werden insbesondere parallele Algorithmen entwickelt, welche die Fähigkeiten aktueller Multi-Core-CPUs und programmierbarere GPUs ausnutzen.
- In der Systembiologie spielen Korrelationen eine bedeutende Rolle und Visualisierungen eignen sich hervorragend diese sichtbar zu machen. Deshalb liegt der Fokus des Projekts in der Visualisierung und interaktiven Exploration von Daten aus diesem Umfeld. Die zu visualisierenden Daten werden mittels in silico Simulationen erzeugt. Besonderen Wert wird auf die Entwicklung von Methoden gelegt, welche auf Grafikprozessoren (Graphic Processing Units, kurz GPU) ausgeführt werden. Die parallele Architektur von GPUs ist von Interesse, da sie ein großes Potential zur Beschleunigung von Berechnungen bietet.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine mesoskopische Simulation von ausgewählten intra- und extrazellulären Prozessen zusammen mit einer Visualisierung zu entwickeln, welche die Simulationsergebnisse sinnvoll darstellen kann. Zelluläre Signaltransduktionsprozesse werden insbesondere untersucht.
- Signal concentration of a virtual cell
- Microscopic-like image for comparison with wet lab experiment
Projekte
- SFB 716 "Dynamische Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen"
Teilprojekt D.4 "Interaktive Visualisierung dynamischer, komplexer Eigenschaften von Protein-Lösungsmittel-Systemen"
In diesem Teilprojekt werden neue Visualisierungsansätze zur interaktiven Exploration von Protein-Lösungsmittel-Systemen erforscht. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf den spezifischen Eigenschaften des Lösungsmittels, da diese mit herkömmlichen heute verfügbaren Werkzeugen nicht adäquat analysiert werden können. - Center Systems Biology Project Area A Kompartimentierung
Teilprojekt A4 "4D-räumlich-zeitliche Dynamik in zellulären Signaltransduktionsprozessen: Modellierung, rechnergestützte Analyse und Visualisierung" (abgeschlossen Dezember 2009)
Publikationen
2012
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Bartlett, Christopher; Cheong, Soo; Hou, Liping; Paquette, Jesse; Lum, Pek; Jaeger, Guenter; Battke, Florian; Vehlow, Corinna; Heinrich, Julian; Nieselt, Kay; Sakai, Ryo; Aerts, Jan; Ray, William: An eQTL biological data visualization challenge and approaches from the visualization community. In: BMC Bioinformatics: Nr. 13 (2012), 1-16.
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Krone, Michael; Stone, John E.; Ertl, Thomas; Schulten, Klaus: Fast Visualization of Gaussian Density Surfaces for Molecular Dynamics and Particle System Trajectories. In: EuroVis 2012 Short Papers, 2012.
[XPS] [PDF] [DOI] [BibTeX]
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2011
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Krone, Michael; Falk, Martin; Rehm, Sascha; Pleiss, Jürgen; Ertl, Thomas: Interactive Exploration of Protein Cavities. In: Computer Graphics Forum: Nr. 3 (2011), 673-682.
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Krone, Michael; Grottel, Sebastian; Ertl, Thomas: Parallel Contour-Buildup Algorithm for the Molecular Surface. In: Proceedings of IEEE Symposium on Biological Data Visualization (biovis'11)(2011), 17-22.
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Vehlow, Corinna; Preim, Bernhard; Lappe, Michael: Visualization of Anisotropic Contact Potentials within Protein Structures. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization(2011), 31--38.
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Falk, Martin; Daub, Markus; Schneider, Guido; Ertl, Thomas: Modeling and Visualization of Receptor Clustering on the Cellular Membrane. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization (BioVis 2011), 9-15, 2011.
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Falk, Martin; Klann, Michael; Ott, Michael; Koeppl, Heinz; Ertl, Thomas: Parallelized Agent-based Simulation on CPU and Graphics Hardware for Spatial and Stochastic Models in Biology. In: International Conference on Computational Methods in Systems Biology (CMSB 2011), 73-82, 2011.
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Hasenauer, Jan; Heinrich, Julian; Doszczak, Malgorzata; Scheurich, Peter; Allgöwer, Frank: Visualization methods and support vector machines as tools for determining markers in models of heterogeneous populations: Proapoptotic signaling as a case study. In: Proceedings Workshop on Computational Systems Biology, 61-64, 2011.
[XPS] [PDF] [DOI] [BibTeX]
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Heinrich, Julian; Seifert, Julian; Burch, Michael; Weiskopf, Daniel: BiCluster Viewer: A Visualization Tool for Analyzing Gene Expression Data. In: Proceedings of International Symposium on Visual Computing (ISVC), 641–652, 2011.
[XPS] [PDF] [DOI] [BibTeX]
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Vehlow, Corinna; Heinrich, Julian; Battke, Florian; Weiskopf, Daniel; Nieselt, Kay: iHAT: interactive Hierarchical Aggregation Table. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization, 63--69, 2011.
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2010
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Falk, Martin; Grottel, Sebastian; Ertl, Thomas: Interactive Image-Space Volume Visualization for Dynamic Particle Simulations. In: Proceedings of The Annual SIGRAD Conference, 35-43, 2010.
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Falk, Martin; Klann, Michael; Reuss, Matthias; Ertl, Thomas: 3D Visualization of Concentrations from Stochastic Agent-based Signal Transduction Simulations. In: IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro (ISBI '10), 1301-1304, 2010.
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Krone, Michael; Dachsbacher, Carsten; Ertl, Thomas: Parallel Computation and Interactive Visualization of Time-varying Solvent Excluded Surfaces. In: International Conference On Bioinformatics and Computational Biology, 402-405, 2010.
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2009
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Falk, Martin; Klann, Michael; Reuss, Matthias; Ertl, Thomas: Visualization of Signal Transduction Processes in the Crowded Environment of the Cell. In: IEEE Pacific Visualization Symposium (PacificVis 2009), 169-176, 2009.
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2008
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Krone, Michael; Bidmon, Katrin; Ertl, Thomas: GPU-based Visualisation of Protein Secondary Structure. In: Proceedings of TPCG 2008(2008), 115-122.
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