High Performance Computing (HPC) in Vlaanderen - Koninklijke ...

Bijlage 3b: Moleculaire Biologie en Biotechnologie, Genetica en FysiologieProf. Dirk InzéBelangrijkste Onderzoeksrichtingen• De gedetailleerde kwalitatieve en semi-kwalitatieve analyse van het functioneleeiwitcomplement van het genoom (proteoom). (K. Gevaerts, UGent/VIB)• De comparatieve analyse van genomen en het ontraferelen van de evolutie vangenomen. Om dit te kunnen doen moeten de geninhouden van complete genomen(we spreken hier meestal over enkele tienduizenden genen) met elkaar vergelekenworden. Dit gebeurt door gebruik te maken van wiskundige algoritmen die genenen hun sequenties optimaal met elkaar proberen te vergelijken. Dit vereist enormecomputertijden. Om hieraan nu reeds ten dele tegemoet te kunnen komen, wordenmomenteel reeds meer en meer computersystemen gebruikt waar algoritmesin hardware geïmplementeerd zijn, omdat de software implementaties op debeschikbare systemen niet meer voldoen. (Y. Van de Peer, UGent/VIB)• Het ontwikkelen en gebruik van nieuwe bioinformatica methoden om genomen tebestuderen. Het bepalen van de genoomsequentie van een organisme verlooptsteeds sneller en wordt alsdoor goedkoper. Het is de verwachting dat er in dekomende jaren het aantal genoomsequenties exponentieel zal stijgen. Nieuwemethoden (bv. 454 sequentiebepaling Roche) laten toe om genomen zeer snelopnieuw te sequeneren waardoor polymorfismen kunnen opgespoord worden. Metmeer rekencapaciteit zullen we in staat zijn om predicties in genomisch DNA uit tebreiden naar alle beschikbare genomen en de predicties te optimaliseren viagenetisch programmeren, hetgeen niet 1 genomische “run” zou moeten uitvoerenper query, maar tienduizenden, snel toenemende hoeveelheid DNA sequentiesvereist een toenemende rekencapaciteit om bijvooorbeeld nieuwe regulatorischeelementen op te sporen in het niet-coderend DNA, dat het leeuwendeel van hetgenoom uitmaakt. (B. De Strooper, KULeuven/VIB)• De gecoördineerde regulatie van genexpressie vormt de basis van de adaptieverespons van een cel aan zich steeds veranderende cellulaire condities. Demoleculaire mechanismen, die deze gecoördineerde genregulatie aansturen enbepalen of de transcriptie van een gen onder bepaalde omstandigheden wordtgeactiveerd dan wel afgeremd, kunnen worden opgedeeld in verschillende niveaus.Het laagste niveau bestaat uit individuele transcriptiefactor bindingsites (TFBS),dit zijn korte specifieke DNA sequentiefragmenten (5-25 bp) gelegen inniet-eiwitcoderend DNA in de nabijheid van het gen onder controle, waaroptranscriptiefactoren (TF) kunnen binden om op die manier een respons tebewerkstelligen. Men neemt aan dat een optimale respons van een cel ten opzichtevan nieuwe leefomstandigheden wordt bekomen, wanneer optimale integratie vanverschillende signalen ter hoogte van de regulatie van genexpressie plaats grijpt.Dit tweede niveau van transcriptieregulatie wordt bekomen wanneer specifiekecollecties van TFBS georganiseerd worden in modules waarbij de interacties vande TF met elkaar en met hun TFBS een fijnregeling waarborgen van detranscriptionele respons van het gen, onder controle van deze module, tenopzichte van een gegeven impuls. Ondanks de toenemende erkenning datmodules, eerder dan individuele TFBS, instaan voor de transcriptionele regulatie inhogere eukaryoten is nog relatief weinig inspanning geleverd voor de ontwikkelingvan computationele benaderingen voor de predictie van modules. Wij ontwikkeleneen methode die zich niet beperkt tot enerzijds de identificatie van minimalemodules van potentieel samenwerkende TFBS paren of anderzijds strikte regelsoplegt met betrekking tot de vereiste afstand tussen TFBS binnen een module,aangezien kan worden verwacht. (F.Van Roy, UGent/VIB)• De doelstelling van systeembiologie is het uitwerken van een model voor hetcomplexe netwerk van interacties tussen de verschillende componenten van delevende cel. Gesofisticeerde wiskundige procedures zijn nodig om de groteexperimentele data sets van deze netwerken te analyzeren. Het uiteindelijke doelvan systeem biologie is het begrijpen van de fundamentele werking van de levendecel en het organisme en het blootleggen van de onderliggende genetische37