POEM@Home (Protein Optimization with Energy Methods, Proteinoptimierung mit Energiemethoden) am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Institut für Technologie untersucht Proteinstrukturen.

Dieses Projekt wird in Deutschland durchgeführt.                                  G-Protein  - siehe bild:  


Proteinsimulation wird heute durch zwei Hauptansätze dominiert:

1. Lernen/kopieren von der Natur (Rosetta@Home ist ein gutes Beispiel). Bei einer neuen Sequenz wird versucht, Teilstrukturen bekannter Proteine zu kopieren und zu einer neuen, besseren Struktur zusammenzusetzen.
Pro: Geeignet bei großen Proteinen; funktioniert sehr gut bei großen Strukturähnlichkeiten.
Contra: Ungeeignet, wenn keine Strukturähnlichkeit vorhanden ist (neue Faltungen); nicht anwendbar, wenn keine experimentellen Daten vorliegen (Transmembranproteine, an die 40% aller bekannten Medikamente andocken); keine Kinetik

2. Den Faltungsprozess - wie in der Natur vorkommend - mit einem biophysikalischen Modell simulieren (Folding@Home). Dies wird mit der Molekulardynamik (MD) durchgeführt, einer sequentiellen Methode mit einer Auflösung von ca. 1015 Schritten pro Sekunde. Für einen Faltungsprozess, der Millisekunden dauert, werden EINE MENGE Schritte benötigt.
Pro: Informationen über die ganze Dynamik; Faltungszeiten; hochgenaue Strukturen.
Contra: Geeignet nur für kleine Proteine; Spezifizierungsfragen

POEM versucht zwischen diesen beiden Ansätzen zu interpolieren. Es benutzt ein atomares Modell für die freie Energie der Proteine, d.h. es funktioniert sowohl bei neuen Faltungen als auch bei Anwendungen in der Nanobiotechnologie, für die keine experimentellen Daten vorliegen. Im Gegensatz zu MD benutzt es Anfinsens  thermodynamische Hypothese (Chemienobelpreis 1972), das Proteine in ihrem biologisch aktiven Zustand minimale freie Energie haben. Die Simulation wird daher durch eine Optimierung ersetzt, die tausendfach schneller ist als MD.
Pro: Geeignet auch für mittelgroße Proteine; die Faltungslandschaft wird erzeugt; anwendbar bei "neuen Faltungen"
Contra: immer noch begrenzt auf Proteine mit weniger als 100 Aminosäuren; keine echte Kinetik (bislang).

Mit POEM@HOME wird nun versucht, bei beiden Contras weiterzukommen, insbesondere werden Fortschritte erwartet bei:

    * "Neuen Faltungen", d.h. Proteinen mit geringer Strukturähnlichkeit zu bekannten Proteinen
    * Proteinen in nicht-physiologischen Umgebungen, z.B. Implantaten, die besser biokompatibel sind
    * (besseres) Verständnis des Faltungsprozesses komplexerer Proteine, die nicht mit direkten kinetischen Untersuchungen erforscht werden können
    * Protein-Protein Wechselwirkungen, in denen die Partner ihre Gestalt beim Andocken ändern (biologischer Signalprozess)
    * Verbesserung der Modelstrukturen für transmembrane Proteine

UNSER TEAM:  http://boinc.fzk.de/poem/team_display.php?teamid=149