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Genome Center Schanghai kommt Bilharziose-Erreger mit Bioinformatik-Lösung von SGI und Mitrionics schneller auf die Spur

Früherkennung und Bekämpfung der vom Pärchenegel verursachten Krankheit machen rasche Fortschritte

(PresseBox) (BDA Beijing, ) Bioinformatik-Programm Blast-n läuft mit Hilfe des SGI RASC Appliance for BioInformatics um ein Vielfaches schneller

Die Wissenschaftler des China National Human Genome Center (CHGC) in Schanghai nutzen eine beschleunigte Bioinformatik-Lösung von Mitrionics in Verbindung mit SGI-Technologie, um die Früherkennung und Behandlung von Bilharziose-Erkrankungen wirksam voranzutreiben. Erreger der Krankheit ist der Wurm Schistosoma japonicum, auch Pärchenegel genannt; ein Parasit, der sowohl Säugetiere als auch Menschen befällt.

Pärchenegel haben sich über Jahrtausende fortentwickelt. Die Medikamente, die derzeit bei der Wurmerkrankung eingesetzt werden, bekämpfen eine Egel-Art, die in Südamerika beheimatet ist. In den letzten Jahren ist der Schistosoma japonicum jedoch auch in einigen Seen und Flüssen im Osten und Süden Chinas wieder aufgetreten. Um die Herkunft der Parasiten zu untersuchen, die Krankheitsdiagnose im Frühstadium zu verbessern und wirksamere Medikamente zu entwickeln, haben sich die chinesischen Biowissenschaftler entschieden, das Erbgut des Wurms zu entschlüsseln.

Hightech für schnellere Ergebnisse Seit Februar arbeiten die Forscher am CHGC mit Hochdruck an der ersten Projektphase. Die Ergebnisse der Sequenzanalysen liegen jetzt bis zu zehn Mal schneller vor als in vergangenen Projekten. Dies wurde möglich durch den Einsatz einer SGI InfiniteStorage 350 Speicherlösung in Verbindung mit der neuen SGI® RASC™-Technologie (Reconfigurable Application-Specific Computing), mit einer von Mitrionics beschleunigten BLAST-n-Umgebung und der bewährten Server-Plattform SGI® Altix®.

SGI® InfiniteStorage 350 sorgt dafür, dass die Daten, die bei der CHGC-Forschung entstehen, gesichert werden und für umfassende Analysen zur Verfügung stehen. „Schneller zu Forschungsergebnissen zu kommen, ist für unseren Erfolg entscheidend. Im Rahmen der Erforschung des Pärchenegel-Genoms müssen wir 300 Millionen Basenpaare untersuchen und haben sechs bis sieben Mal mehr Berechnungen in jedem Arbeitsschritt. Der große Arbeitsspeicher und die Benutzerfreundlichkeit der SGI RASC Appliance for BioInformatics ermöglichen es unseren Wissenschaftlern, sich auf ihre eigentliche Arbeit zu konzentrieren. Sie verschwenden keine wertvolle Zeit mit umständlicher Programmierung“, sagt Dr. Zhou, stellvertretender Direktor der Abteilung für Bioinformatik beim CHGC.

Die SGI RASC Appliance for BioInformatics ist eine vorkonfigurierte Lösung, die molekularbiologische Sequenzanalysen mit einer von Mitrion beschleunigten BLAST-n Applikation enorm vereinfacht. Die Appliance ist für die Verarbeitung großer Datenmengen ausgelegt und bedient die hohen Produktivitätsanforderungen, die auf dem Gebiet der Bioinformatik gestellt werden. Sie unterstützt Umgebungen mit Tausenden von Anwendern, die BLAST-Auswertungen in einer einzelnen Datenbank machen, genauso wie Umgebungen mit wenigen Anwendern, die komplexe Abfragen gegen Datenbanken mit Hunderten von Gigabytes laufen lassen.

Gene schneller analysiert Typischerweise übernehmen Linux-Cluster-Umgebungen Berechnungen zur Aufschlüsselung des Erbguts. Diese können durch die von Mitrionics beschleunigte Version von NCBI BLAST-n in der SGI RASC Appliance for BioInformatics erheblich entlastet werden. Die Appliance verarbeitet große Abfragen bis zu 15 Mal schneller als ein Knoten, bestehend aus einem AMD Opteron 8820 SE Prozessor. Bei der Abwicklung von Tausenden kleinerer Abfragen ist die Lösung sogar bis zu 60 Mal schneller.

Die SGI RASC Appliance for BioInformatics sorgt außerdem für höheren Datendurchsatz, denn mehrere BLASTn-Abfragen werden parallel von mehreren FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) abgearbeitet. Mit bis zu 16 FPGAs in einer Appliance können die Anwender einen Durchsatz erzielen, der vergleichbar ist mit der Leistung von 240 bis 960 AMD-Opteron-Prozessorkernen. Der Vorteil: Die Komplexität, die sich aus dem Einsatz vieler Prozessorkerne ergibt, und der erhöhte Aufwand für das System Management entfallen.

„Genforscher stehen unter hohem Druck, schnell Ergebnisse zu präsentieren. Sie müssen immer öfter umfangreichere Sequenzanalysen laufen lassen. Die Lösung, die SGI und Mitrionics entwickelt haben, ist sofort einsatzbereit. Sie vereinfacht und beschleunigt das Sequenzieren der Genome. Dabei liegt der Energiebedarf per BLAST-n-Abfrage gerade mal bei einem Zehntel des herkömmlichen Verbrauchs“, beschreibt Alex Lee, Country Manager von SGI in China. Anders Dellson, CEO von Mitrionics Inc. ergänzt: „Speziell in der Bioinformatik und Genforschung finden sich viele, weit verbreitete Anwendungen, die sich für die Beschleunigung mittels FPGAs besonders gut eignen.“

Für Phase 2 gerüstet
Die erste Projektphase am CHCG zeigte, dass zur Erforschung der Pärchenegel-Gene BLAST-n-Analysen nicht ausreichen. So konnte die Umgebung auf 48 Intel® Itanium® 2 Prozessorkerne und 128 Gigabyte Arbeitsspeicher ausgebaut werden. Angeschlossen ist das InfiniteStorage 350 Speichersystem mit 8 Terabytes Plattenkapazität. Die skalierbare SGI RASC Appliance for BioInformatics läuft unter SUSE® Linux® Enterprise Server 10 von Novell und unterstützt einen vielseitigen Einsatz. Die leichte Bedienbarkeit des Systems und die Anpassungsmöglichkeiten von Open Source Software in der Shared-Memory-Umgebung haben sich für die zweite Phase der Erbgutforschung des CHCG als ausgesprochen wichtig herausgestellt.