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Folding@home

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
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Bereich: Medizin und Biologie

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Ziel: Simulation der Proteinfaltung

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Betreiber: Stanford University

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Plattform: Windows, Linux, macOS, FreeBSD ehemals: BOINC, Android

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Website: Folding@home

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Kommerziell: Ja

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Projektstatus
Status: aktiv

}}

Beginn: 19. September 2000

}}

Ende: aktiv

}}

Folding@home (oft auch kurz F@H oder FAH) ist ein Volunteer-Computing-Projekt für die Krankheitsforschung, das die Proteinfaltung und andere Arten von Molekulardynamik simuliert. Statt die Rechenleistung eines einzelnen Rechners zu nutzen, wird dabei eine komplexe Aufgabe in Teilaufgaben aufgeteilt. Diese werden auf mehrere Rechner verteilt und deren Rechenleistungen werden zur Aufgabenbewältigung genutzt. Das Projekt nutzt durch verteiltes Rechnen die ungenutzten Verarbeitungsressourcen von Personalcomputern und Servern, auf denen die Software installiert ist, und trägt so zur Erforschung von Krankheiten bei.

Das Projekt verwendet hierbei eine statistische Simulationsmethode, die gegenüber traditionellen Berechnungsmethoden einen Paradigmenwechsel darstellt. Als Teil des Client-Server-Modells erhalten die Teilnehmer (Clienten) nach Anforderung eines Dienstes beim Server jeweils Teile einer Simulation (Arbeitseinheiten/Work-Units), berechnen und vervollständigen sie und geben sie an die Datenbankserver des Projekts zurück, wo die Einheiten sodann zu einer Gesamtsimulation zusammengestellt werden.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Der Hauptzweck des Projekts ist die Bestimmung der Mechanismen der Proteinfaltung, d. h. des Prozesses, durch den Proteine ihre endgültige dreidimensionale Struktur erreichen, und die Untersuchung der Ursachen von Proteinfehlfaltungen. Dies ist von Interesse für die medizinische Forschung über Alzheimer, Huntington und viele Formen von Krebs, neben weiteren, anderen Krankheiten. In geringerem Umfang versucht Folding@home auch, die endgültige Struktur eines Proteins vorherzusagen und zu bestimmen, wie andere Moleküle mit ihm interagieren können, was sich auf die Entwicklung von Medikamenten auswirkt.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Maria Temming|Maria Temming: }}{{#if:|{{#if:You can help fight the coronavirus. All you need is a computer|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=You can help fight the coronavirus. All you need is a computer}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.sciencenews.org/article/coronavirus-covid-19-proteins-super-computer-fight-pandemic%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=You can help fight the coronavirus. All you need is a computer}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.sciencenews.org/article/coronavirus-covid-19-proteins-super-computer-fight-pandemic}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=You can help fight the coronavirus. All you need is a computer}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Science News2020-03-25{{#if: 2020-03-26 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Folding@Home erreichte am 13. April 2020 während der COVID-19-Pandemie eine kombinierte Rechenleistung, die schneller als die 500 schnellsten Supercomputer der Welt zusammengenommen war, und übertraf damit den zu diesem Zeitpunkt schnellsten Supercomputer um das 15-Fache.<ref name=":0">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Folding@Home mit 2,4 Exaflops schneller als die Top 500 Supercomputer|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Folding@Home mit 2,4 Exaflops schneller als die Top 500 Supercomputer}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.gamestar.de/artikel/foldinghome-24-exaflops-schneller-als-top-500-supercomputer,3356597.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Folding@Home mit 2,4 Exaflops schneller als die Top 500 Supercomputer}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.gamestar.de/artikel/foldinghome-24-exaflops-schneller-als-top-500-supercomputer,3356597.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Folding@Home mit 2,4 Exaflops schneller als die Top 500 Supercomputer}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:2020-04-14{{#if: 2020-04-14 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Am 17. April 2020 wurde eine neue Client-Software veröffentlicht, die die Liste der priorisierbaren Projekte um COVID-19-Projekte ergänzt.<ref>New Folding@home software with the option to prioritize COVID-19 projects</ref>

Geschichte

Die ersten Ideen zur Nutzung zahlreicher Computer entstanden laut Vijay Pande im Sommer 2000. Damals wurde dann auch die erste Version der Client-Software programmiert – seinerzeit noch ein Bildschirmschoner.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Vijay Pande|Vijay Pande: }}{{#if:|{{#if:History of Folding@Home|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=History of Folding@Home}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.youtube.com/user/PandeScience/videos%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=History of Folding@Home}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.youtube.com/user/PandeScience/videos}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=History of Folding@Home}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Stanford University2007-04-14{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Folding@home-Forscher Gregory Bowman wurde 2010 mit dem Thomas Kuhn Paradigm Shift Award der American Chemical Society für die Entwicklung der Open-Source-Software MSMBuilder<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> und für das Erreichen einer quantitativen Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment ausgezeichnet.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:SimTK: MSMBuilder: Neuigkeiten|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=SimTK: MSMBuilder: Neuigkeiten}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://simtk.org/plugins/simtk_news/index.php?group_id=357%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=SimTK: MSMBuilder: Neuigkeiten}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://simtk.org/plugins/simtk_news/index.php?group_id=357}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=SimTK: MSMBuilder: Neuigkeiten}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:simtk.org{{#if: 2020-03-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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  }} In: folding.stanford.edu, abgerufen am 18. März 2020.</ref> für seine Simulationsergebnisse ausgezeichnet.

Hintergrund

Datei:Protein folding.png
Ein Protein vor und nach seiner Faltung. Das Protein liegt zunächst als Random Coil vor und wird schließlich so gefaltet, dass es in seiner nativen Konformation vorliegt.

Proteine sind ein wesentlicher Bestandteil vieler biologischer Funktionen und sind an allen Prozessen, die in Zellen ablaufen, beteiligt. Oftmals sind solche Proteine Enzyme, die biochemische Reaktionen ausführen, einschließlich Signaltransduktion, molekularem Transport und Zellregulation. Einige Proteine fungieren als Strukturproteine, die als eine Art Gerüst für Zellen dienen, während andere Proteine wie Antikörper am Immunsystem beteiligt sind. Damit ein Protein diese Funktionen ausführen kann, muss es sich in eine funktionelle dreidimensionale Struktur falten, ein Prozess, der häufig spontan abläuft und von Wechselwirkungen innerhalb seiner Aminosäuresequenz und Wechselwirkungen der Aminosäuren mit seiner Umgebung abhängt.

Die Proteinfaltung wird hauptsächlich durch hydrophobe Wechselwirkungen, die Bildung intramolekularer Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräfte bestimmt, die der Konformationsentropie entgegenwirken.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#if:Vijay Pande [Stanford University]|Vijay Pande [Stanford University]: }}{{#if:|Show }}[https://www.youtube.com/{{#if:

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Aufgrund der Komplexität der Proteinkonformation oder des Konfigurationsraums des Proteins (die Menge aller möglichen Faltungszustände, die ein Protein annehmen kann) und der begrenzten Rechenleistung sind Molekulardynamik-Simulationen hinsichtlich der Untersuchung von Proteinfaltungen stark eingeschränkt. Während sich die meisten Proteine typischerweise in der Größenordnung von Millisekunden falten,<ref name="PMID17585870" /><ref name="PMID15869383">C. D. Snow, E. J. Sorin, Y. M. Rhee, V. S. Pande: How well can simulation predict protein folding kinetics and thermodynamics? In: Annual review of biophysics and biomolecular structure. Band 34, 2005, S. 43–69, doi:10.1146/annurev.biophys.34.040204.144447, PMID 15869383 (Review).</ref> konnten Simulationen vor 2010 nur Zeitskalen von Nanosekunden bis Mikrosekunden erreichen.<ref name="PMID20070076">V. A. Voelz, G. R. Bowman, K. Beauchamp, V. S. Pande: Molecular simulation of ab initio protein folding for a millisecond folder NTL9(1–39). In: Journal_of_the_American_Chemical_Society. Band 132, Nummer 5, Februar 2010, S. 1526–1528, doi:10.1021/ja9090353, PMID 20070076, }} PMC 2835335 (freier Volltext{{#if:|, PDF}}).</ref> Supercomputer wurden verwendet, um die Proteinfaltung zu simulieren, aber solche Systeme sind kostspielig und werden größtenteils von vielen Forschungsgruppen gemeinsam genutzt. Da die Berechnungen in kinetischen Modellen zeitlich nacheinander erfolgen, ist zudem eine Skalierung traditioneller Molekulardynamik-Simulationen auf solche Systeme außerordentlich schwierig.<ref>A. Verma, S. M. Gopal, A. Schug, J. S. Oh, K. V. Klenin, K. H. Lee, W. Wenzel: Massively Parallel All Atom Protein Folding in a Single Day In: Advances in Parallel Computing. Band 15, 2008, S. 527–534, ISBN 978-1-58603-796-3.</ref><ref name="PMID12579582">V. S. Pande, I. Baker, J. Chapman, S. P. Elmer, S. Khaliq, S. M. Larson, Y. M. Rhee, M. R. Shirts, C. D. Snow, E. J. Sorin, B. Zagrovic: Atomistic protein folding simulations on the submillisecond time scale using worldwide distributed computing. In: Biopolymers. Band 68, Nummer 1, Januar 2003, S. 91–109, doi:10.1002/bip.10219, PMID 12579582.</ref> Da die Proteinfaltung ein stochastischer Prozess ist und im Laufe der Zeit statistisch variieren kann, ist es außerdem rechnerisch schwierig, lange Simulationen für umfassende Ansichten des Faltungsprozesses zu verwenden.<ref name="PMID21081274">G. R. Bowman, V. A. Voelz, V. S. Pande: Taming the complexity of protein folding. In: Current opinion in structural biology. Band 21, Nummer 1, Februar 2011, S. 4–11, doi:10.1016/j.sbi.2010.10.006, PMID 21081274, }} PMC 3042729 (freier Volltext{{#if:|, PDF}}) (Review).</ref><ref name="DOI10.1137/06065146X">John D. Chodera, William C. Swope, Jed W. Pitera, Ken A. Dill: Long-Time Protein Folding Dynamics from Short-Time Molecular Dynamics Simulations. In: Multiscale Modeling & Simulation. Band 5, 2006, S. 1214, doi:10.1137/06065146X.</ref>

Datei:ACBP MSM from Folding@home.tiff
Folding@home verwendet Markov-Zustandsmodelle, um die möglichen Formen und Faltungswege zu modellieren, die ein Protein annehmen kann, wenn es aus seinem anfänglichen Random-Coil-Zustand (links) in seine native 3-D-Struktur (rechts) kondensiert.

Die Proteinfaltung erfolgt nicht in einem Schritt.<ref name="PMID18767168" /> Stattdessen verbringen Proteine den größten Teil der gesamten Faltungszeit, in einigen Fällen mit bis zu 96 %<ref name="PMID22257762">R. B. Best: Atomistic molecular simulations of protein folding. In: Current opinion in structural biology. Band 22, Nummer 1, Februar 2012, S. 52–61, doi:10.1016/j.sbi.2011.12.001, PMID 22257762 (Review).</ref>, in verschiedenen Konformationszwischenzuständen, die jeweils ein lokales thermodynamisches Minimum an freier Energie in der Energielandschaft des Proteins darstellen (siehe Faltungstrichter). Durch einen Prozess namens Adaptive Sampling werden diese Konformationen von Folding@home als Ausgangspunkte für eine Reihe von Simulationsverläufen für Faltungsprozesse verwendet. Mit der Zeit werden neue Konformationen entdeckt, die als neue Ausgangspunkte für Simulationsverläufe dienen (zyklischer Prozess). Sobald man den zugrundeliegenden verborgenen Zuständen eine Übertragungswahrscheinlichkeit und den von außen beobachtbaren Ausgabesymbolen (sog. Emissionen), die aus den verborgenen Zuständen resultieren, eine Emissionswahrscheinlichkeit zuordnen kann, spricht man vom Hidden Markov Model (HMM). HMM sind zeitdiskrete Mastergleichungsmodelle, welche die Konformations- und Energielandschaft eines Biomoleküls als eine Menge an unterschiedlichen Strukturen und kurzen Übergangszuständen zwischen den Strukturen beschreiben. Das Hidden Markov Model, kombiniert mit Adaptive Sampling, erhöht die Effizienz der Simulation erheblich. Da dadurch die Berechnung innerhalb des lokalen Energieminimums vermieden wird, ist diese Kombination für verteilte Systeme (einschließlich GPUGRID) geeignet, da sie die statistische Anhäufung kurzer, unabhängiger Simulationsverläufe für Faltungsprozesse ermöglicht.<ref>{{#if:2012-09-13|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:T. J. Lane, Gregory Bowman, Robert McGibbon, Christian Schwantes, Vijay Pande, Bruce Borden|T. J. Lane, Gregory Bowman, Robert McGibbon, Christian Schwantes, Vijay Pande, Bruce Borden: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20120913150805/http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Simulation%7C{{#if:Folding@home Simulation FAQ|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://web.archive.org/web/20120913150805/http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Simulation}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Folding@home Simulation FAQ}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Simulation%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7Cja}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Folding@home Simulation FAQ}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Simulation}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Folding@home Simulation FAQ}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:jaFolding@home2012-09-21https://web.archive.org/web/20120913150805/http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Simulation{{#if: 2020-03-17 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Zwischen 2000 und 2010 hat sich die Länge einer Aminosäuresequenz der von Folding@home untersuchten Proteine um den Faktor vier erhöht, während sich die Zeitskalen für Proteinfaltungssimulationen um sechs Größenordnungen erhöht haben.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Vijay Pande|Vijay Pande: }}{{#if:|{{#if:FAHcon 2012: Thinking about how far FAH has come|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=FAHcon 2012: Thinking about how far FAH has come}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://folding.typepad.com/news/2012/06/fahcon-2012-thinking-about-how-far-fah-has-come.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=FAHcon 2012: Thinking about how far FAH has come}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://folding.typepad.com/news/2012/06/fahcon-2012-thinking-about-how-far-fah-has-come.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=FAHcon 2012: Thinking about how far FAH has come}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:typepad.comFolding@home2012-06-08{{#if: 2020-03-17 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Anwendungen in der Biomedizin

Viruserkrankungen

Einige Folding@home-Projekte haben als Forschungsziel, Viren – zum Beispiel das Influenzavirus oder HIV – daran zu hindern, biologische Zellen zu erkennen und in diese einzudringen.<ref>{{#if:2020-06-18|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20200618175055/https://foldingathome.org/diseases%7C{{#if:Which diseases or biomedical problems are you currently studying?|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://web.archive.org/web/20200618175055/https://foldingathome.org/diseases}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Which diseases or biomedical problems are you currently studying?}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Diseases%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C1}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Which diseases or biomedical problems are you currently studying?}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://folding.stanford.edu/English/FAQ-Diseases}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Which diseases or biomedical problems are you currently studying?}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:1Stanford University2012-09-12https://web.archive.org/web/20200618175055/https://foldingathome.org/diseases{{#if: 2020-03-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Nach detaillierten Simulationen von Folding@home von kleinen Zellen, die als Vesikel bekannt sind, führte das Pande-Labor 2007 eine neue Berechnungsmethode ein, um die Topologie der strukturellen Veränderungen während der Fusion zu messen.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> 2009 verwendeten die Forscher Folding@home zur Untersuchung von Mutationen des Influenza-Hämagglutinins, eines Proteins, das ein Virus an seine Wirtszelle bindet und den Eintritt des Virus unterstützt. Mutationen des Hämagglutinins beeinflussen, wie gut das Protein an die Rezeptormoleküle der Zelloberfläche eines Wirts bindet, was bestimmt, wie infektiös der Virusstamm für den Wirtsorganismus ist. Die Kenntnis der Auswirkungen von Hämagglutinin-Mutationen hilft bei der Entwicklung antiviraler Medikamente.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Seit 2012 simuliert Folding@home weiterhin die Faltung und die Wechselwirkungen von Hämagglutinin und ergänzt damit experimentelle Studien an der Universität von Virginia.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Protein folding and viral infection|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Protein folding and viral infection}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://folding.typepad.com/news/2012/02/update-from-the-kasson-lab-at-the-university-of-virginia.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Protein folding and viral infection}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://folding.typepad.com/news/2012/02/update-from-the-kasson-lab-at-the-university-of-virginia.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Protein folding and viral infection}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-03-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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SARS-CoV-2-Virus

Datei:SARS-CoV-2 RBD in einem Komplex mit menschlichem S230 Antikörper.png
SARS-CoV-2 RBD zusammen mit menschlichem Antikörper
Datei:Coronavirus 2019-nCoV.png
Vorlage:Cite book/Meldung }}</ref>

Im März 2020 startete Folding@home ein Programm zur Unterstützung von Forschern auf der ganzen Welt, die daran arbeiten, ein Heilmittel zu finden und mehr über den Ausbruch von COVID-19 – auch bekannt als die Atemwegserkrankung, die durch das neuartige Coronavirus ausgelöst wird – zu erfahren.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Sean Fleming|Sean Fleming: }}{{#if:|{{#if:These researchers want to use your computer in the search for a COVID-19 vaccine|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=These researchers want to use your computer in the search for a COVID-19 vaccine}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.weforum.org/agenda/2020/03/covid-19-distributed-computing-vaccine/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=These researchers want to use your computer in the search for a COVID-19 vaccine}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.weforum.org/agenda/2020/03/covid-19-distributed-computing-vaccine/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=These researchers want to use your computer in the search for a COVID-19 vaccine}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:World Economic Forum2020-03-17{{#if: 2020-03-22 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit ist eine unheilbare neurodegenerative Erkrankung, die vor allem ältere Menschen betrifft und für mehr als die Hälfte aller Demenzfälle verantwortlich ist. Die genaue Ursache bleibt unbekannt, aber die Krankheit wird als eine Protein-Fehlfaltungskrankheit identifiziert. Alzheimer ist mit toxischen Aggregationen des Peptids Beta-Amyloid (Aβ) assoziiert, die durch Fehlfaltung und Verklumpung von Aβ zusammen mit anderen Aβ-Peptiden verursacht werden. Diese Aβ-Aggregate wachsen dann zu signifikant größeren senilen Plaques, einem pathologischen Marker der Alzheimer-Krankheit.<ref>G Brent Irvine; Omar M El-Agnaf; Ganesh M Shankar; Dominic M Walsh: Protein Aggregation in the Brain: The Molecular Basis for Alzheimer’s and Parkinson’s Diseases. Molecular Medicine (review). 14 (7–8): 451–464, 2008.</ref><ref>Claudio Soto; Lisbell D. Estrada: Protein Misfolding and Neurodegeneration. Archives of Neurology (review). 65 (2): 184–189, 2008.</ref><ref>Robin Roychaudhuri; Mingfeng Yang; Minako M. Hoshi; David B. Teplow: Amyloid β-Protein Assembly and Alzheimer Disease. Journal of Biological Chemistry. 284 (8): 4749–53, 2008.</ref> Aufgrund der heterogenen Natur dieser Aggregate hatten experimentelle Methoden wie die Röntgenkristallographie und die kernmagnetische Resonanz (NMR) Schwierigkeiten, ihre Strukturen zu charakterisieren. Darüber hinaus sind die atomaren Simulationen der Aβ-Aggregation aufgrund ihrer Größe und Komplexität rechnerisch sehr anspruchsvoll.<ref name="auto">Nicholas W. Kelley; V. Vishal; Grant A. Krafft; Vijay S. Pande: Simulating oligomerization at experimental concentrations and long timescales: A Markov state model approach. Journal of Chemical Physics. 129 (21): 214707, 2008.</ref>

Die Verhinderung der Aggregation von Aβ ist eine vielversprechende Methode zur Entwicklung von Therapeutika für die Alzheimer-Krankheit, so die Doktoren Naeem und Fazili in einem Übersichtsartikel.<ref>Aabgeena Naeem; Naveed Ahmad Fazili: Defective Protein Folding and Aggregation as the Basis of Neurodegenerative Diseases: The Darker Aspect of Proteins. Cell Biochemistry and Biophysics (review). 61 (2): 237–50, 2011.</ref> 2008 simulierte Folding@home die Dynamik der Aggregation von Aβ in atomaren Details über Zeitskalen in der Größenordnung von zehn Sekunden. Frühere Studien konnten nur etwa 10 Mikrosekunden simulieren. Folding@home konnte die Faltung von Aβ um sechs Größenordnungen länger als bisher möglich simulieren. Die Forscher nutzten die Ergebnisse dieser Studie, um eine Beta-Haarnadel (beta-hairpin) zu identifizieren, die eine Hauptquelle für molekulare Interaktionen innerhalb der Struktur war.<ref>Gregory R Bowman; Xuhui Huang; Vijay S Pande: Network models for molecular kinetics and their initial applications to human health. Cell Research (review). 20 (6): 622–630, 2010.</ref> Die Studie half, das Pande Laboratory für zukünftige Aggregationsstudien und für weitere Forschungen vorzubereiten, um ein kleines Peptid zu finden, das den Aggregationsprozess stabilisieren könnte.<ref name="auto" />

Im Dezember 2008 fand Folding@home mehrere kleine Arzneimittelkandidaten, die die Toxizität der Aβ-Aggregate zu hemmen scheinen.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Vijay Pande|Vijay Pande: }}{{#if:|{{#if:New FAH results on possible new Alzheimer’s drug presented|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=New FAH results on possible new Alzheimer’s drug presented}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://folding.typepad.com/news/2008/12/new-fah-results-on-possible-new-alzheimers-drug-presented.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=New FAH results on possible new Alzheimer’s drug presented}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://folding.typepad.com/news/2008/12/new-fah-results-on-possible-new-alzheimers-drug-presented.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=New FAH results on possible new Alzheimer’s drug presented}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Stanford University2008-12-18{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Chorea Huntington

Die Huntington-Krankheit ist eine neurodegenerative genetische Erkrankung, die mit einer Fehlfaltung und Aggregation von Proteinen einhergeht. Übermäßige Wiederholungen der Glutaminsäure am N-Terminus des Huntingtin-Proteins verursachen eine Aggregation, und obwohl das Verhalten der Wiederholungen nicht vollständig verstanden wird, führt es doch zu dem mit der Krankheit verbundenen kognitiven Rückgang.<ref>Walker FO: Huntington’s disease. In: Lancet. 369 (9557): 218–28, 2007, S. 220</ref> Wie bei anderen Aggregaten gibt es Schwierigkeiten bei der experimentellen Bestimmung ihrer Struktur.<ref>Nicholas W. Kelley; Xuhui Huang; Stephen Tam; Christoph Spiess; Judith Frydman; Vijay S. Pande: The predicted structure of the headpiece of the Huntingtin protein and its implications on Huntingtin aggregation. In: Journal of Molecular Biology, 2009, 388 (5), S. 919–927. doi:10.1016/j.jmb.2009.01.032</ref> Wissenschaftler verwenden Folding@home, um die Struktur des Huntingtin-Proteinaggregats zu untersuchen und vorherzusagen, wie es sich bildet, und unterstützen dabei rationales Wirkstoffdesign, um die Aggregatbildung zu stoppen. Das N17-Fragment des Huntington-Proteins beschleunigt diese Aggregation, und obwohl mehrere Mechanismen vorgeschlagen wurden, ist seine genaue Rolle in diesem Prozess noch weitgehend unbekannt.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Susan W Liebman|Susan W Liebman: }}{{#if:|{{#if:Protein folding: Sticky N17 speeds huntingtin pile-up|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Protein folding: Sticky N17 speeds huntingtin pile-up}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.nature.com/articles/nchembio.279%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Protein folding: Sticky N17 speeds huntingtin pile-up}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.nature.com/articles/nchembio.279}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Protein folding: Sticky N17 speeds huntingtin pile-up}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Springer Nature Limited2010-01{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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            }} 
       }}
  }} In: folding.stanford.edu, 2012, abgerufen am 18. März 2020.</ref>

Krebs

Bei mehr als der Hälfte aller bekannten Krebsarten handelt es sich um Mutationen von p53, einem in jeder Zelle vorhandenen Tumorsuppressorprotein, das den Zellzyklus reguliert und bei einer Schädigung der DNA das Signal zum Zelltod gibt. Spezifische Mutationen in p53 können diese Funktionen stören, so dass eine abnorme Zelle unkontrolliert weiterwachsen kann, was zur Entstehung von Tumoren führt. Die Analyse dieser Mutationen trägt dazu bei, die Grundursachen von p53-verwandten Krebsarten zu erklären.<ref>M Hollstein; D Sidransky; B Vogelstein; CC Harris (1991). p53 mutations in human cancers. Science. 253 (5015): 49–53.</ref> Im Jahr 2004 wurde mit Folding@home die erste molekulardynamische Studie zur Rückfaltung des p53-Proteindimers in einer rein atomaren Simulation von Wasser durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation stimmten mit experimentellen Beobachtungen überein und gaben Einblicke in die Rückfaltung des Dimers, die zuvor nicht möglich waren.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Lillian T Chong|Lillian T Chong: }}{{#if:|{{#if:Dimerization of the p53 Oligomerization Domain: Identification of a Folding Nucleus by Molecular Dynamics Simulations|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Dimerization of the p53 Oligomerization Domain: Identification of a Folding Nucleus by Molecular Dynamics Simulations}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022283604014044?via%3Dihub%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Dimerization of the p53 Oligomerization Domain: Identification of a Folding Nucleus by Molecular Dynamics Simulations}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022283604014044?via%3Dihub}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Dimerization of the p53 Oligomerization Domain: Identification of a Folding Nucleus by Molecular Dynamics Simulations}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:ScienceDirect2005-01-28{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Folding@home wird auch zur Untersuchung von Chaperonen verwendet, Hitzeschockproteinen, die eine wesentliche Rolle für das Überleben der Zelle spielen, indem sie die Faltung anderer Proteine in der überfüllten und chemisch belastenden Umgebung innerhalb einer Zelle unterstützen. Rasch wachsende Krebszellen sind auf spezifische Chaperone angewiesen, und einige Chaperone spielen eine Schlüsselrolle bei der Chemotherapieresistenz. Die Hemmung dieser spezifischen Chaperone wird als potentielle Wirkungsweise für effiziente Chemotherapeutika oder zur Verringerung der Krebsausbreitung angesehen.<ref>Almeida MB, do Nascimento JL, Herculano AM, Crespo-López ME: Molecular chaperones: toward new therapeutic tools. Journal of Molecular Biology, 65 (4): 239–43, 2011.</ref> Mit Folding@home und in enger Zusammenarbeit mit dem Center for Protein Folding Machinery hofft das Pande Laboratory ein Medikament zu finden, das die in Krebszellen beteiligten Chaperone hemmt. Die Forscher verwenden Folding@home auch zur Untersuchung anderer Moleküle, die mit Krebs in Verbindung stehen, wie das Enzym Src-Kinase und einige Formen der gravierten Homöodomäne: ein großes Protein, das an vielen Krankheiten, darunter auch Krebs, beteiligt sein könnte. 2011 begann Folding@home mit Simulationen der Dynamik des kleinen Proteins EETI, das durch Bindung an Oberflächenrezeptoren von Krebszellen Karzinome in bildgebenden Verfahren identifizieren kann.

Interleukin 2 (IL-2) ist ein Protein, das den T-Zellen des Immunsystems hilft, Krankheitserreger und Tumore anzugreifen. Seine Verwendung als Krebsbehandlung ist jedoch wegen schwerer Nebenwirkungen, wie zum Beispiel einem Lungenödem, eingeschränkt. IL-2 bindet an diese Lungenzellen anders als an T-Zellen, so dass die IL-2-Forschung die Unterschiede zwischen diesen Bindungsmechanismen verstehen muss. Im Jahr 2012 unterstützte Folding@home die Entdeckung einer mutierten Form von IL-2, die dreihundertmal wirksamer in ihrer Rolle als Immunsystem ist, aber weniger Nebenwirkungen hat. In Experimenten hat diese veränderte Form das natürliche IL-2 bei der Behinderung des Tumorwachstums deutlich übertroffen.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Stanford University Medical Center|Stanford University Medical Center: }}{{#if:|{{#if:Scientists boost potency, reduce side effects of IL-2 protein used to treat cancer|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Scientists boost potency, reduce side effects of IL-2 protein used to treat cancer}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://medicalxpress.com/news/2012-03-scientists-boost-potency-side-effects.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Scientists boost potency, reduce side effects of IL-2 protein used to treat cancer}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://medicalxpress.com/news/2012-03-scientists-boost-potency-side-effects.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Scientists boost potency, reduce side effects of IL-2 protein used to treat cancer}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:MedicalXPress2012-03-18{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Osteogenesis imperfecta

Osteogenesis imperfecta, bekannt als die sogenannte Glasknochenkrankheit, ist eine unheilbare genetische Knochenerkrankung, die tödlich sein kann. Die Erkrankten sind nicht in der Lage, funktionsfähiges Bindegewebe zu bilden. Dies ist meist auf eine Mutation im Typ-I-Kollagen zurückzuführen, das eine Vielzahl struktureller Aufgaben erfüllt und das am häufigsten vorkommende Protein bei Säugetieren ist. Die Mutation verursacht eine Verformung der Dreifachhelixstruktur des Kollagens, die, wenn sie nicht auf natürliche Weise zerstört wird, zu abnormalem und geschwächtem Knochengewebe führt. 2005 testete Folding@home eine neue quantenmechanische Methode, die frühere Simulationsmethoden verbesserte und die für künftige Computerstudien über Kollagen nützlich sein könnte.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Sanghyun Park, Randall J. Radmer, Teri E. Klein|Sanghyun Park, Randall J. Radmer, Teri E. Klein: }}{{#if:|{{#if:A new set of molecular mechanics parameters for hydroxyproline and its use in molecular dynamics simulations of collagen-like peptides|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=A new set of molecular mechanics parameters for hydroxyproline and its use in molecular dynamics simulations of collagen-like peptides}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jcc.20301%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=A new set of molecular mechanics parameters for hydroxyproline and its use in molecular dynamics simulations of collagen-like peptides}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jcc.20301}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=A new set of molecular mechanics parameters for hydroxyproline and its use in molecular dynamics simulations of collagen-like peptides}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:2005-09-16{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Wirkstoffdesign

Medikamente funktionieren, indem sie an bestimmten Stellen auf den Zielmolekülen binden und eine gewünschte Veränderung hervorrufen, wie z. B. die Deaktivierung eines Ziels oder die Herbeiführung einer Konformationsänderung. Im Idealfall sollte ein Medikament sehr spezifisch wirken und nur an sein Zielmolekül binden, ohne andere biologische Funktionen zu beeinträchtigen. Es ist jedoch schwierig, genau zu bestimmen, wo und wie fest zwei Moleküle binden werden. Aufgrund der begrenzten Rechenleistung müssen die heutigen Methoden in silico in der Regel Geschwindigkeit gegen Genauigkeit eintauschen – z. B. müssen schnelle Protein-Docking-Methoden statt rechenintensiver freier Energieberechnungen verwendet werden. Die Rechenleistung von Folding@home ermöglicht es den Forschern, beide Methoden zu verwenden und ihre Effizienz und Zuverlässigkeit zu bewerten.<ref>Vijay Pande: New methods for computational drug design. Folding@home, typepad.com; Archivierung des Originals am 21. September 2012; abgerufen am 20. März 2020.</ref><ref>Guha Jayachandran, M. R. Shirts, S. Park; V. S. Pande: Parallelized-Over-Parts Computation of Absolute Binding Free Energy with Docking and Molecular Dynamics. In: Journal of Chemical Physics, 2006, 125 (8), S. 084901.</ref> Computergestütztes Wirkstoffdesign hat das Potenzial, die Medikamentenentwicklung zu beschleunigen und die Kosten zu senken.<ref>Chun Song, Shen Lim, Joo Tong: Recent advances in computer-aided drug design. In: Briefings in Bioinformatics, 2009, 10 (5), S. 579–591 (review).</ref> 2010 verwendete Folding@home MSMs und Berechnungen der freien Energie, um den nativen Zustand des Villin-Proteins mit einer Abweichung von bis zu 1,8 Angström (Å) via RMSD (root mean square deviation) von der experimentell durch Röntgenkristallographie bestimmten Kristallstruktur vorherzusagen. Diese Genauigkeit hat Auswirkungen auf künftige Methoden zur Vorhersage von Proteinstrukturen, auch für inhärent unstrukturierte Proteine. Wissenschaftler haben Folding@home zur Erforschung von Medikamentenresistenzen verwendet, indem sie Vancomycin, ein Antibiotikum letzter Instanz, und Beta-Laktamase, ein Protein, das Antibiotika wie Penicillin abbauen kann, untersucht haben.<ref>Pande Laboratory: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:

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  }} Folding@home. foldingathome.org; abgerufen am 20. März 2020.</ref><ref name="auto3">Gregory Bowman: Searching for new drug targets. Folding@home. foldingathome.org. Archivierung des Originals am 21. September 2012. Abgerufen am 20. März 2020.</ref>

Die chemische Aktivität findet entlang der aktiven Stelle eines Proteins statt. Traditionelle Methoden des Arzneimitteldesigns beinhalten eine enge Bindung an diese Stelle und die Blockierung ihrer Aktivität, unter der Annahme, dass das Zielprotein in einer starren Struktur existiert. Dieser Ansatz funktioniert jedoch nur bei etwa 15 % aller Proteine. Proteine enthalten allosterische Stellen, die, wenn sie durch kleine Moleküle gebunden sind, die Konformation eines Proteins verändern und letztlich die Aktivität des Proteins beeinflussen können. Diese Stellen sind attraktive Zielorte für Medikamente, aber ihre Lokalisierung ist sehr rechenaufwändig. Im Jahr 2012 wurden Folding@home und MSMs verwendet, um allosterische Stellen in drei medizinisch relevanten Proteinen zu identifizieren: Beta-Laktamase, Interleukin-2 und RNase H.<ref name="auto3" /><ref>Gregory R. Bowman; Phillip L. Geissler: Equilibrium fluctuations of a single folded protein reveal a multitude of potential cryptic allosteric sites. PNAS. 109 (29): 11681–6, 2012.</ref>

Ungefähr die Hälfte aller bekannten Antibiotika greift in die Funktionsweise des Ribosoms eines Bakteriums ein, einer großen und komplexen biochemischen Maschine, die die Proteinbiosynthese durch die Übersetzung von Boten-RNA in Proteine durchführt. Makrolid-Antibiotika verstopfen den Ausgangstunnel des Ribosoms und verhindern so die Synthese essentieller bakterieller Proteine. Im Jahr 2007 erhielt das Pande Laboratory ein Stipendium zur Untersuchung und Entwicklung neuer Antibiotika.<ref name="pande" /> Im Jahr 2008 untersuchten sie mit Folding@home das Innere dieses Tunnels und wie bestimmte Moleküle ihn beeinflussen können.<ref>Paula M. Petrone; Christopher D. Snow; Del Lucent; Vijay S. Pande: Side-chain recognition and gating in the ribosome exit tunnel. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (43): 16549–54, 2008.</ref> Die vollständige Struktur des Ribosoms wurde erst ab 2011 bestimmt, und Folding@home hat auch ribosomale Proteine simuliert, da viele ihrer Funktionen weitgehend unbekannt sind.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Stefan Voelz|Stefan Voelz: }}{{#if:|{{#if:Folding@home Project Description|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Folding@home Project Description}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://apps.foldingathome.org/project.py?p=5765%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Folding@home Project Description}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://apps.foldingathome.org/project.py?p=5765}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Folding@home Project Description}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Rechenleistung

Rechenleistungsentwicklung
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20.08.2008 3 PetaFLOPS
28.09.2008 4 PetaFLOPS
19.07.2016 100 PetaFLOPS
20.03.2020 470 PetaFLOPS
13.04.2020 2.400 PetaFLOPS
16.04.2020 2.600 PetaFLOPS
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25.07.2020 1.300 PetaFLOPS
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24.09.2020 4.300 PetaFLOPS
07.10.2020 307 PetaFLOPS
24.02.2021 195 PetaFLOPS
15.05.2021 369 PetaFLOPS
23.08.2021 125 PetaFLOPS
26.12.2022 31 PetaFLOPS
08.03.2024 47 PetaFLOPS

2007 bis 2016

Zwischen Juni 2007 und Juni 2011 übertraf die Rechenleistung aller am Folding@home Projekt beteiligten Computer die Leistung des schnellsten Supercomputers der TOP500. Er wurde jedoch im November 2011 vom K computer und im Juni 2012 vom Computer Blue Gene/Q in den Schatten gestellt. Am 16. September 2007 erreichte das Folding@home-Projekt, vor allem dank der Beteiligung von PlayStation-3-Konsolen, offiziell ein Leistungsniveau, das höher als ein natives<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:What are native FLOPS?|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=What are native FLOPS?}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://foldingathome.org/support/faq/flops/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=What are native FLOPS?}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://foldingathome.org/support/faq/flops/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=What are native FLOPS?}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:FAQsFolding@Home{{#if: 2020-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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COVID-19-Pandemie (2020)

Vor Ausbruch der COVID-19-Pandemie nahmen circa 30.000 Nutzer an dem Projekt teil.<ref>{{#if:Vorlage:Cite book/URL|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:{{#if:

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Software

Jeder Benutzer eines PCs mit Windows, macOS oder Linux kann ein Client-Programm herunterladen, das als Dienst im Hintergrund arbeitet. Die Version 7.6.21 (im Oktober 2020) unterstützt Einkern- und Mehrkernprozessoren von AMD, ARM, Intel sowie auch Grafikkarten von Nvidia und AMD<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Emma|Emma: }}{{#if:|{{#if:new client with arm support|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=new client with arm support}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://foldingathome.org/2020/11/24/new-client-with-arm-support/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=new client with arm support}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://foldingathome.org/2020/11/24/new-client-with-arm-support/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=new client with arm support}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:2020-11-24{{#if: 2020-11-26 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Professionelle Softwareentwickler sind für den größten Teil des Codes der Folding@home-Software verantwortlich, sowohl für die Client- als auch für die Serverseite. Zum Entwicklungsteam gehören Programmierer von Nvidia, ATI, Sony und Cauldron Development.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:How does FAH code development and sysadmin get done?|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=How does FAH code development and sysadmin get done?}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://folding.typepad.com/news/2009/06/how-does-fah-code-development-and-sysadmin-get-done.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=How does FAH code development and sysadmin get done?}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://folding.typepad.com/news/2009/06/how-does-fah-code-development-and-sysadmin-get-done.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=How does FAH code development and sysadmin get done?}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-03-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Clients können nur von der offiziellen Folding@home-Website oder deren kommerziellen Partnern heruntergeladen werden und interagieren nur mit Folding@home-Computerdateien. Sie tauschen Daten ausschließlich mit den Webservern von Folding@home aus (über Port 8080, alternativ 80). Die Kommunikation wird hierbei mithilfe von 2048-Bit-Digitalsignaturen verifiziert.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:FAQ Folding at Home|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=FAQ Folding at Home}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://foldingathome.org/home/faq/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=FAQ Folding at Home}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://foldingathome.org/home/faq/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=FAQ Folding at Home}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Pande Lab2012-09-21{{#if: 2020-03-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Der Client, GROMACS, diverse Cores und die grafische Benutzeroberfläche (GUI) des Clients sind quelloffen.<ref>{{#if:Vorlage:Cite book/URL|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:{{#if:

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Arbeitseinheit/Work-Unit

Eine Arbeitseinheit sind die Proteindaten, die der Client zu verarbeiten hat. Arbeitseinheiten sind ein Bruchteil der Simulation zwischen den Zuständen in einem Markov-Zustandsmodell. Nachdem die Arbeitseinheit heruntergeladen und vollständig vom Computer verarbeitet wurde, wird sie an die Folding@home-Server zurückgegeben, die dem Benutzer dann Kreditpunkte erteilen.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:WHAT IS A WORK UNIT?|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=WHAT IS A WORK UNIT?}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://foldingathome.org/faqs/fah-v7/v7-introduction/web-control/what-is-a-work-unit/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=WHAT IS A WORK UNIT?}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://foldingathome.org/faqs/fah-v7/v7-introduction/web-control/what-is-a-work-unit/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=WHAT IS A WORK UNIT?}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-03-19 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Vor der öffentlichen Freigabe durchlaufen die Arbeitseinheiten mehrere Qualitätssicherungsschritte, um zu verhindern, dass problematische Einheiten vollständig verfügbar werden. Diese Testphasen umfassen interne, Beta- und fortgeschrittene Phasen, bevor eine endgültige vollständige Freigabe über Folding@home erfolgt.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:More transparency in testing|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=More transparency in testing}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://folding.typepad.com/news/2011/04/more-transparency-in-testing.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=More transparency in testing}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://folding.typepad.com/news/2011/04/more-transparency-in-testing.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=More transparency in testing}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-03-19 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Die Arbeitseinheiten von Folding@home werden normalerweise nur einmal verarbeitet, außer in dem seltenen Fall, dass bei der Verarbeitung Fehler auftreten. Tritt dieser Fall bei drei verschiedenen Anwendern auf, wird die Einheit automatisch aus der Verteilung gezogen.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Folding Forum • View topic – Gromacs cannot continue further|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Folding Forum • View topic – Gromacs cannot continue further}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://foldingforum.org/viewtopic.php?f=59&t=19315#p192836%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Folding Forum • View topic – Gromacs cannot continue further}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://foldingforum.org/viewtopic.php?f=59&t=19315#p192836}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Folding Forum • View topic – Gromacs cannot continue further}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-03-19 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Cores

Spezielle Molekulardynamik-Programme, die als FahCores bezeichnet werden und häufig mit Core (zu deutsch Kern) abgekürzt werden, führen die Berechnungen auf der Arbeitseinheit als Hintergrundprozess durch. Cores sind hierbei wissenschaftliche Computerprogramme, die speziell zur Ausführung von Berechnungen aus der Modifizierung und Optimierung von Molekulardynamik-Simulationen hervorgehen. Eine große Mehrheit der Cores, die von Folding@home genutzt werden, basiert auf GROMACS.<ref name="lessons">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Adam Beberg, Daniel Ensign, Guha Jayachandran, Siraj Khaliq, Vijay Pande|Adam Beberg, Daniel Ensign, Guha Jayachandran, Siraj Khaliq, Vijay Pande: }}{{#if:|{{#if:Folding@home: Lessons from eight years of volunteer distributed computing|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Folding@home: Lessons from eight years of volunteer distributed computing}}]{{#if:PDF; 304 kB| (PDF; 304 kB)}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://www.hicomb.org/papers/HICOMB2009-13.pdf%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Folding@home: Lessons from eight years of volunteer distributed computing}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://www.hicomb.org/papers/HICOMB2009-13.pdf}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Folding@home: Lessons from eight years of volunteer distributed computing}}}}]}}{{#if:PDF; 304 kB| (PDF; 304 kB{{#if:hicomb.org2009 IEEE International Symposium on Parallel & Distributed Processing. Proceedings2009{{#if: 2020-03-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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GPU-Unterstützung

Der Folding@home-Client kann für die Berechnung, je nach Einstellung, neben der CPU auch die GPU heranziehen. Unterstützt werden Grafikkarten von Nvidia und AMD. Voraussetzung für Nvidia-Grafikkarten ist die CUDA-Technik (ab G80 mit GeForce-Treiber ab 174.55).<ref>ComputerBase: Folding@Home Client für Nvidia-GPUs ist raus</ref> AMD-Grafikkarten werden ab der HD5000er-Serie unterstützt. Die Grafikeinheiten sämtlicher APUs von AMD, egal ob Desktop oder Notebook, können mittlerweile ebenso verwendet werden. Dabei greift der V7-Client auf den Standard OpenCL zurück.

PlayStation 3

Von März 2007 bis November 2012 nutzte Folding@home die Rechenleistung der PlayStation 3. Zum Zeitpunkt seiner Einführung lieferte der Haupt-Cell-Streamprozessor für einige Berechnungen eine zwanzigfache Geschwindigkeitssteigerung gegenüber PCs.<ref name="pande" /><ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Die hohe Geschwindigkeit und Effizienz der PS3 eröffneten weitere Möglichkeiten für Optimierungen gemäß dem amdahlschen Gesetz (eine mathematische Gleichung, mit der die Gesamtbeschleunigung eines Programms bei paralleler Ausführung anhand von <math>t_P</math>, der parallele Anteil eines Programms und <math>n_P</math>, der Anzahl der Prozessoren, berechnet werden kann). Sie veränderten das Verhältnis zwischen Recheneffizienz und Gesamtgenauigkeit erheblich, sodass komplexere molekulare Modelle bei geringen zusätzlichen Rechenkosten verwendet werden konnten.<ref name="PMID18615421">E. Luttmann, D. L. Ensign, V. Vaidyanathan, M. Houston, N. Rimon, J. Øland, G. Jayachandran, M. Friedrichs, V. S. Pande: Accelerating molecular dynamic simulation on the cell processor and Playstation 3. In: Journal of computational chemistry. Band 30, Nummer 2, Januar 2009, S. 268–274, doi:10.1002/jcc.21054, PMID 18615421.</ref> Dies ermöglichte Folding@home die Durchführung biomedizinischer Berechnungen, die sonst rechnerisch nicht möglich gewesen wären.<ref name="williams">Vorlage:Internetquelle</ref>

Der PS3-Client wurde in Zusammenarbeit mit Sony und Pande Lab entwickelt und am 23. März 2007 erstmals als eigenständiger Client veröffentlicht.<ref name="pande" /><ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Durch die Veröffentlichung wurde Folding@home zum ersten verteilten Computerprojekt, das die PS3 verwendete.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Am 18. September des darauffolgenden Jahres wurde der PS3-Client bei seiner Markteinführung zu einem Kanal von Life mit PlayStation (eine ehemalige Multimedia-Anwendungssoftware des PlayStation Network).<ref>Vorlage:Internetquelle</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Im Gegensatz zu Clients, die auf PCs ausgeführt werden, konnten Benutzer während der Ausführung von Folding@home keine anderen Aktivitäten auf ihrer PS3 ausführen.<ref name="williams" /> Die einheitliche Konsolenumgebung der PS3 erleichterte den technischen Support und machte Folding@home benutzerfreundlicher.<ref name="pande" /> Die PS3 hatte auch die Möglichkeit, Daten schnell auf ihren Grafikprozessor zu streamen, die zur Echtzeit-Visualisierung der aktuellen Proteindynamik auf atomarer Ebene verwendet wurde.<ref name="PMID18615421" />

Am 6. November 2012 beendete Sony die Unterstützung von Folding@home für den PS3-Client und andere unter für Life with PlayStation verfügbare Dienste. Während seiner fünfjährigen und siebenmonatigen Laufzeit haben mehr als 15 Millionen Benutzer mehr als 100 Millionen Stunden Rechenzeit für Folding@home bereitgestellt und das Projekt bei der Erforschung von Krankheiten maßgeblich unterstützt. Nach Gesprächen mit Pande Lab beschloss Sony, die Anwendung zu beenden. Vijay Pande betrachtete den PlayStation-3-Client als wichtigen Entwicklungsschritt für das Projekt.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Client V7 für Mac, Windows & Linux

Der V7-Client stellte eine vollständige Neufassung und Vereinheitlichung der früheren Clients für die Betriebssysteme Windows, MacOS und Linux dar.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Die Mindestsystemvoraussetzung für den Folding@home-Client war Stand März 2020 ein Pentium 4 1,4 GHz CPU.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Datei:F@h v7 novice shot.png
Ein Beispielbild des V7-Clients im Novice-Modus unter Windows 7.

Er wurde am 22. März 2012 veröffentlicht. Wie seine Vorgänger kann V7 Folding@home im Hintergrund mit einer sehr niedrigen Priorität laufen, sodass andere Anwendungen die CPU-Ressourcen nach Bedarf nutzen können. Es ist so konzipiert, dass die Installation, die Inbetriebnahme und der Betrieb für Anfänger benutzerfreundlicher sind und den Forschern eine größere wissenschaftliche Flexibilität bieten als frühere Clients. V7 verwendet Trac für die Verwaltung seiner Bug-Tickets, so dass die Benutzer den Entwicklungsprozess sehen und Feedback geben können.

V7 besteht aus vier integrierten Elementen. Der Benutzer interagiert typischerweise mit der Open-Source-GUI von V7, genannt FAHControl. Diese verfügt über die Benutzeroberflächenmodi „Novice“, „Advanced“ und „Expert“ und ermöglicht, viele entfernte Faltclients von einem Computer aus zu überwachen, zu konfigurieren und zu steuern.

FAHControl steuert den FAHClient, eine Back-End-Anwendung, die wiederum jeden FAHSlot (oder Slot) verwaltet.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Jeder Slot fungiert als Ersatz für die ehemals unterschiedlichen Folding@home v6 Uniprozessor-, SMP- oder GPU-Computer-Clients, da er Arbeitseinheiten unabhängig voneinander herunterladen, verarbeiten und hochladen kann. Die FAHViewer-Funktion, die dem Viewer der PS3 nachempfunden ist, zeigt, falls verfügbar, eine Echtzeit-3D-Darstellung des gerade bearbeiteten Proteins an.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Client V8

Im Oktober 2025 wurde die Version 8.4 der Client-Software – Projektname Bastet – vorgestellt.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Chrome

Im Jahr 2014 wurde ein Client für die Webbrowser Google Chrome und Chromium veröffentlicht, mit dem Benutzer Folding@home in ihrem Webbrowser ausführen können. Der Client verwendete Googles Native-Client-Funktion (NaCl) auf Chromium-basierten Webbrowsern, um den Folding@Home-Code mit nahezu nativer Geschwindigkeit in einer Sandbox auf dem Rechner des Benutzers auszuführen. Aufgrund des Auslaufens von NaCl und Änderungen bei Folding@Home wurde der Web-Client im Juni 2019 endgültig abgeschaltet.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Android

Im Juli 2015 wurde ein Client für Android-Handys auf Google Play für Geräte mit Android 4.4 KitKat oder neuer veröffentlicht.

Am 16. Februar 2018 wurde der Android-Client, der in Zusammenarbeit mit Sony angeboten wurde, aus dem Google Play Store entfernt. Es wurden Pläne angekündigt, in Zukunft eine Open-Source-Alternative anzubieten,<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Stand November 2025 existiert jedoch kein neuer Android-Client.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Motivationsanreize

Wie bei vielen anderen Projekten, die verteiltes Rechnen anwenden, werden auch bei Folding@home Statistiken in Form eines Punktesystems über die beigetragene Rechenleistung erstellt.<ref>Vorlage:Webarchiv Folding@home</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref> Durchschnittlich laufen zwischen 500 und 550 Projekte unter Folding@home,<ref>Vorlage:Webarchiv Folding@Home</ref> wobei es für jedes Projekt individuelle Basispunkte gibt, die von einem Referenz-PC festgelegt werden. Für jede fertig gerechnete Arbeitseinheit (Work Unit) eines Projekts erhält der Benutzer die dafür vorgesehenen Basispunkte.<ref>Folding@home Active Projects</ref> Diese Punkte lassen sich jedoch vervielfachen (Bonuspunkte), je schneller eine Work Unit fertiggestellt wird. Voraussetzung für den Erhalt von Punkten ist eine Registrierung beim Projekt mit einem Benutzernamen. Um weitere Bonuspunkte zu erhalten, ist zusätzlich die Verwendung eines sogenannten „Passkey“ erforderlich.<ref>FAQ-Passkey FAQ Points Passkey. Folding@home (englisch) abgerufen am 27. Februar 2021</ref>

Jeder Benutzer kann wählen, ob seine Rechenleistung anonym (keine Punkte), nur unter seinem Benutzernamen oder auch für ein Team gezählt wird.

Wenn ein Benutzer kein neues Team bildet oder sich nicht einem bestehenden Team anschließt, wird dieser Benutzer automatisch Teil des „Standard“-Teams. Dieses „Standard“-Team hat die Teamnummer „0“. Die Statistiken werden sowohl für dieses „Standard“-Team als auch für speziell benannte Teams gesammelt.

Ergebnisse

Insgesamt wurden 346 wissenschaftliche Publikationen (Stand Juni 2025) als direktes Ergebnis von Folding@home veröffentlicht.<ref>Papers & Results. Auf FoldingAtHome, abgerufen am 29. Juli 2025.</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Verwandte Projekte

AlphaFold, Rosetta@home, Predictor@home und POEM@home waren bzw. sind Projekte, die das gleiche Ziel haben, aber andere Methoden anwenden. Foldit etwa ist ein experimentelles Computerspiel, das Wissenschaftlern bei der Optimierung von Proteinen helfen soll.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Das Projekt DreamLab ermöglichte es Smartphones während des Ladevorganges Prozessorkapazitäten für die medizinische Forschung des Imperial College London bereitzustellen.

AlphaFold

Vorlage:Hauptartikel AlphaFold lernt mithilfe von Deep Learning die räumliche Proteinstruktur vorherzusagen.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Rosetta@home

Vorlage:Hauptartikel Rosetta@home ist ein Projekt für verteiltes Rechnen zur Vorhersage von Proteinstrukturen und ist einer der genauesten Tertiärstruktur-Prädiktoren.<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Die Konformationszustände aus der Software von Rosetta können zur Initialisierung eines Markov-Zustandsmodells als Ausgangspunkt für Folding@home-Simulationen verwendet werden. Umgekehrt können die Algorithmen zur Strukturvorhersage aus thermodynamischen und kinetischen Modellen sowie die Sampling-Aspekte von Proteinfaltungssimulationen verbessert werden. Da Rosetta nur versucht, den endgültigen Faltungszustand vorherzusagen, nicht aber, wie die Faltung abläuft, sind Rosetta@home und Folding@home komplementär und adressieren sehr unterschiedliche molekulare Fragestellungen.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Foldit

Vorlage:Hauptartikel Ziel von Foldit ist es, ein möglichst gut „gefaltetes“ Protein zu erhalten, d. h. ein Modell des Proteins im Zustand des Energieminimums. Das ist die Form, in der es in der Natur vorkommt. Dazu sind allerdings keinerlei Vorkenntnisse nötig, die Bewertung erledigt das Programm. Die Möglichkeiten, die der Spieler zur Proteinmanipulation hat, werden in einer Serie von Tutorialpuzzles erklärt. Für das Spiel wird dabei eine grafische Entsprechung der Proteinstruktur angezeigt, die der Spieler mit verschiedenen Werkzeugen verändern kann. Wenn die Struktur verändert wird, berechnet das Programm einen Punktwert basierend darauf, wie gut das Protein gefaltet ist. Für jedes Puzzle wird ein Highscore sowohl für Einzel- als auch für Gruppenlösungen errechnet, der sich in Echtzeit ändert. Foldit ist der Versuch, die natürlichen menschlichen 3-D-Mustererkennungsfähigkeiten auf dieses Problem anzusetzen. Gegenwärtige Puzzles basieren auf gut verstandenen Proteinen. Indem untersucht wird, auf welche Art die Spieler intuitiv an diese Puzzles herangehen, versuchen die Wissenschaftler, existierende Proteinfaltungssoftware zu verbessern.

Anton

Anton ist ein Supercomputer, der für Molekulardynamik-Simulationen gebaut wurde. Im Oktober 2011 waren Anton und Folding@home die beiden leistungsstärksten Molekulardynamiksysteme.<ref>Vijay Pande: Comparison between FAH and Anton’s approaches. Folding@home. typepad.com. Archivierung des Originals am 21. September 2012. Abgerufen am 18. März 2020</ref> Anton ist einzigartig in seiner Fähigkeit, einzelne ultralange, rechenintensive Molekültrajektorien zu erzeugen<ref name="auto2">Thomas J. Lane, Gregory R. Bowman, Kyle A Beauchamp, Vincent Alvin Voelz, Vijay S. Pande: Markov State Model Reveals Folding and Functional Dynamics in Ultra-Long MD Trajectories. In: Journal of the American Chemical Society, 2011, 133 (45), S. 18413–18419.</ref> wie zum Beispiel eine im Jahr 2010, die den Millisekundenbereich erreichte.<ref>David E. Shaw et al.: Millisecond-scale molecular dynamics simulations on Anton. Proceedings of the Conference on High Performance Computing Networking, Storage and Analysis. S. 1–11, 2009.</ref><ref>David E. Shaw et al.: Atomic-Level Characterization of the Structural Dynamics of Proteins. In: Science, 2010, 330 (6002), S. 341–346.</ref> Diese langen Trajektorien können besonders hilfreich für einige Arten von biochemischen Problemen sein.<ref>Ron O. Dror; Robert M. Dirks; J.P. Grossman; Huafeng Xu; David E. Shaw: Biomolecular Simulation: A Computational Microscope for Molecular Biology. In: Annual Review of Biophysics, 2012 41, S. 429–452.</ref><ref>David E. Shaw, Martin M. Deneroff, Ron O. Dror, Jeffrey S. Kuskin, Richard H. Larson, John K. Salmon, Cliff Young, Brannon Batson, Kevin J. Bowers, Jack C. Chao;, Michael P. Eastwood, Joseph Gagliardo, J. P. Grossman, C. Richard Ho, Douglas J. Ierardi et al.: Anton, A Special-Purpose Machine for Molecular Dynamics Simulation. In: Communications of the ACM, 2008, 51 (7), S. 91–97.</ref> Anton verwendet jedoch keine Markov-Zustandsmodelle (MSM) für die Analyse. Im Jahr 2011 konstruierte das Pande-Labor ein MSM aus zwei 100-Mikrosekunden Anton-Simulationen und fand alternative Faltungswege, die durch Antons traditionelle Analyse nicht sichtbar waren. Sie kamen zu dem Schluss, dass es kaum einen Unterschied zwischen MSMs gab, die aus einer begrenzten Anzahl langer Bahnen konstruiert wurden, und solchen, die aus vielen kürzeren Bahnen zusammengesetzt wurden. Im Juni 2011 fügte Folding@home die Probenahme einer Anton-Simulation hinzu, um besser zu bestimmen, wie ihre Methoden im Vergleich zu Antons Methoden aussehen. Im Gegensatz zu den kürzeren Bahnen von Folding@home, die für verteilte Berechnungen und andere Parallelisierungsmethoden besser geeignet sind, erfordern längere Bahnen keine adaptive Probenahme, um den Phasenraum des Proteins ausreichend zu beproben. Aus diesem Grund ist es möglich, dass eine Kombination der Simulationsmethoden von Anton und Folding@home eine gründlichere Abtastung dieses Raumes ermöglichen würde.<ref name="auto2" />

Weblinks

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Einzelnachweise

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