Motat und DNA Surveillance

Am heutigen Tage ist es nun so weit: Es ist bereits die Haelfte unserer Tage hier hinter uns. Erstaunlich, wie schnell die Zeit hier vergeht. Obwohl ich mich hier inzwischen schon ziemlich zu Hause fuehle, kommen mir die ersten Tage hier nicht soo weit entfernt vor, wie sie anscheinend schon sind. Aber gut. Was habe ich neues zu berichten?
Diesen Blog moechte ich zweierlei Themen widmen. Zum einen folgt, wie gewohnt, ein Bericht zum letzten Wochenende, zum anderen will ich ein paar Worte zu meinem Projekt loswerden. Zunaechst ersteres.

Das vergangene Wochenende war ein wenig ereignisreiches. Der Samstag vergeht wie im Flug, ohne besonderen Grund. Regnerisches und windiges Wetter laesst uns in unserem Zimmer verweilen. Der gestrige Sonntag gestaltet sich ein bisschen spannender: Wir besuchen das Museum of Transport and Technology, kurz: MOTAT. Der Titel des Museums laesst darauf schlieszen, was die Hauptexponate sind: Transportmittel. Das Museum besteht aus zwei Teilen, die ein paar Kilometer voneinander entfernt sind. Zwischen diesen verkehrt halbstuendlich eine alte Straszenbahn. Die einzige Straszenbahn in Auckland, wenn ich richtig informiert bin. Im ersten und groeszeren Teil des Museums gibt es alte Autos, Motorraeder, Eisenbahnen, Fahrraeder und Traktoren zu sehen. Kurz bevor wir die Tram zum zweiten Teil besteigen, gehen wir noch ins Spaceshuttle. Es stellt sich heraus, dass dieses ein Schuettelkino ist. Es simuliert ein Fahrt auf einem seltsamen Schienengeraet irgendwo auf einem fiktiven Planeten im Weltall. Halbwegs passend zu dem Film auf der Leinwand schuettelt der ganze Raum ein wenig. Doch nicht besonders aufregend. Schade.
Der zweite Teil des Museums hat vor allem Luftfahrt und Militaer zum Thema. Zusaetzlich verkehrt dort auf einer kurzen Strecke eine alte Dampflokomotive. Viele alte Flugzeuge stehen in einem groszen Hangar. Eng aneinander, uebereinander, ineinander verkeilt. Zu viele Flugzeuge in dem riesigen Raum. Kein Wunder. Der Groszteil dieses Museumsteils wird gerade renoviert und ist deshalb eine Baustelle. Drauszen wartet eine Ueberraschung auf uns: Es besteht die Moeglichkeit mit einem Panzerartigen Truppentransporter und mit einem groszen Truckartigen Transporter mitzufahren. Wir fahren mit beiden Militaerfahrzeugen eine Runde mit. Das Kettenfahrzeug ist zwar wesentlich lauter als der Truck, dafuer allerdings ueberraschenderweise weitaus ruhiger (weniger geschuettel). Das wars eigentlich auch schon, was wir erlebt haben. Wie gesagt, ein wenig spektakulaeres Wochenende!

Nun, da ich schon oefter gefragt wurde, was ich hier eigentlich mache, will ich kurz beschreiben worum es in dem Projekt geht, an dem ich arbeite: Mein Job ist es, eine schon seit langem existierende Homepage zur Speziesidentifikation mithilfe von DNA-Sequenzen neu aufzubauen: DNA Surveillance, so heiszt das System, wurde vor langer Zeit von einem damaligen PhD-Studenten programmiert und ist leider nicht ganz frei von Fehlern. Da aber kein Quellcode zu diesem Projekt vorhanden ist, koennen existente Bugs nicht behoben werden. Da die Seite aber doch von angeblich vielen Forschungsgruppen genutzt wird, hat sich mein Auftraggeber, Howard, dafuer entschieden, die Seite neu aufbauen zu lassen. Sprich: Es wird ein bereits existentes System aufgebaut, jedoch nicht kopiert! Es soll natuerlich ein neues, aktuelleres, vielleicht sogar interaktiveres System entstehen, dass zwar dasselbe bietet, aber (hoffentlich) fehlerfrei und (wenn nicht fehlerfrei) zumindest wartbar und erweiterbar ist.

Ein moeglicher Anwendungsfall fuer DNA Surveillance koennte so aussehen: Es besteht der begruendete Verdacht, dass ein Restaurant anstelle des auf der Speisekarte gelobten koestlichen Huehnerfleischs, Rattenfleisch an die Kunden verfuettert, da der Inhaber einerseits Geld sparen will, andererseits irgendwie Herr des hauseigenen Rattenproblems werden will. Ein frecher Laborant geht dorthin, bestellt sich eine Portion des ominoesen Gerichts, und isst es brav auf. Einen kleinen Happen nimmt er sich fuer spaeter mit nach Hause. Ein paar Tage spaeter missbraucht er die wertvollen Labor-Resourcen seines Arbeitgebers dazu, die Probe zu sequenzieren. Sobald er die Ausgabe des Sequencers zur Verfuegung hat, geht er ins Internet. Er liest EMails, Newsfeeds und schaut Youtube-Videos, genauso, wie er es auch beim Warten auf die Resultate getan hat. Danach vertroedelt er noch wertvolle Arbeitszeit auf Facebook, bis er sich schlieszlich erinnert, dass er eigentlich herausfinden wollte welcher Organismus ihm zum Frasz vorgesetzt wurde. Erfreut, dass schon wieder fast der ganze Arbeitstag vorbei ist, besucht er DNA Surveillance und waehlt 'What Rat is that?'. Er gibt die Sequenz ein und wartet auf das Ergebnis.

Das System funktioniert so: Fuer eine bestimmte Gruppe von Organismen (zum Beispiel Ratten, oder Wale) wird von einem Experten eine Datenbank von Referenzsequenzen eingerichtet. Aus diesen Referenzsequenzen und einer gegebenen Eingabesequenz kann ein phylogenetischer Baum aufgebaut werden, auf dem sodann zu erkennen ist, wo sich, relativ zu den bekannten Referenzorganismen, die DNA-Sequenz des gesuchten Organismus einordnen laesst. Auf gleichen Aesten liegende Sequenze sind einander aehnlicher als welche, die auf unterschiedlichen Aesten angeordnet sind. Zusaetzlich soll eine sogenannte Distanzmatrix den evolutionaeren Abstand zwischen der gesuchten Sequenz und den Referenzsequenzen darstellen. Diese Matrix gibt grob gesprochen an, wie unterschiedlich die Sequenzen sind.

Was habe ich bisher getan? Eine berechtigte Frage, da ja schon mehr als die Haelfte der drei Arbeitsmonate hinter uns liegt.
Im groszen und ganzen steht das System in der Form wie es gewuenscht wurde: Es steht ein Webinterface zur Verwaltung der Datenbank zur Verfuegung, sowie Homepages fuer User-Sequenz-Eingaben und Resultatanzeige. Zusaetzlich zu Baum und Distanzmatrix, wird auch noch ein NCBI-BLAST ausgefuehrt (Sequenzvergleich gegen die wahrscheinlich groeszte Nukleotid-Sequenzdatenbank). Das neue Herzstueck der neuen DNA Surveillance stellt ein Java Applet (eine im Browser laufende Java Anwendung) dar: Es stellt den Baum und die Distanzmatrix dar, ermoeglicht es die Darstellungen in Form von Bildern und Text-dateien zu exportieren und mit dem Baum zu interagieren (Zoomen, usw). Da das System wohl primaer von Biologen verwendet werden wird, die von HTML/PHP/usw nicht allzu viel wissen (wollen), arbeite ich zur Zeit an einem Webinterface, dass die endgueltige DNA Surveillance Instanz generieren soll (Einstellungen, verfuegbare Datenbanken, usw). Wie auch jetzt, sollen auch kuenftig mehrere DNA Surveillance Instanzen zur Verfuegung stehen. Jede interessierte Gruppe kann ihre eigenen Referenzdatenbanken aufbauen und fuer eigene Identifikationszwecke nutzen (Ratten, Wale, Voegel, Seekuehe, etc ... was immer das Herz begehrt). Auch ist erwaehnenswert, dass das neue System nicht mehr nur auf einem Rechner laufen muss, sondern auf viele verteilt werden kann. So kann die Datenbank getrennt vom Webserver sein, der wiederum nicht dort sein muss, wo die Engine zur Errechnung des fuer die Erstellung des phylogenetischen Baums benoetigten Profil-Alignments platziert ist. Ich glaub das reicht soweit...

Auch wenn ich nicht erwarte dass es jemand tut, so ist doch jeder Interessierte eingeladen bei Unklarheiten oder wahrem Interesse Fragen zu stellen. Auch die Kommentarfunktion dieses Blogs darf genutzt werden! Bisher hat sich erst ein mutiger dazu ueberwunden! (Dank an Bernhardus Pulcher ;) )