Ausbau der Rechnerinfrastruktur
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld fasst Forschungstätigkeiten im Bereich der modernen Lebenswissenschaften ("life sciences") zusammen. Es ist das Zentrum der interdisziplinären Kooperation, an dem umfangreiche Drittmittelprojekte geplant und durchgeführt werden, und an dem gemeinsam genutzte Ressourcen für die beteiligten Wissenschaftler unterhalten werden. Die wichtigsten dieser Ressourcen sind die experimentelle "Technologieplattform Genomik" und die Bioinformatik-Infrastruktur. Im Rahmen dieses Projekts wurde die Compute-Infrastruktur für Bioinformatik-Anwendungen am CeBiTec erneuert und erweitert, um aktuelle Herausforderungen wie z.B. die Analyse von Genomsequenzen aus der Ultra-Hochdurchsatz-Sequenzierung bewältigen zu können. Im Kern umfassten die Investitionen die Erneuerung und Erweiterung der Komponenten Rechen-Cluster / File-Services, Datenbank-Server und Applikations-Server. Bei der Beschaffung wurde ein schrittweiser Ausbau über drei Jahre gestaffelt. Alle Geräte werden zentral durch die Querschnittsabteilung der Bioinformatics Resource Facility (BRF) betrieben und allen Nutzern am CeBiTec zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus wird die Nutzung von freien Rechenkapazitäten im Rahmen von Kooperationen auch externen Partnern ermöglicht. Zu den wichtigsten Forschungsprojekten, die mit Hilfe der neuen Rechnerinfrastruktur durchgeführt werden konnten zählt die automatische Sequenzanalyse und Annotation von zahlreichen industriell relevante mikrobiellen Genomen aber auch pathogenen Organismen. Darüber hinaus wurden erste Genomprojekte mit Hefen und anderen Pilzen initiiert und somit die Ausweitung der bioinformatischen Analysekapazitäten auf eukaryotische Organismen etabliert. Durch entsprechend notwendige Anpassungen der Softwarepakete und die einhergehende Skalierung der Rechenkapazitäten können nun auch Pflanzengenome, Mikroalgen oder tierische Projekte wie z.B. das Genom des Chinesischen Hamsters standardisiert und effizient analysiert werden. Weitere wichtige Fortschritte wurden bei der bioinformatischen Unterstützung von Metagenomstudien erzielt, die beispielsweise zur Bestimmung der mikrobiellen Zusammensetzung von Biogasanlagen durchgeführt wurden. Die Neu- und Weiterentwicklung von Softwarepaketen für Transkriptom-, Proteom-, und Metabolomanalysen profitierte ebenso von der höheren Leistungsfähigkeit der neu beschafften Hardware wie auch erste Ansätze auf dem Gebiet der Mikroskopie und Bildverarbeitung. Das CeBiTec konnte außerdem zahlreiche Industriekooperationen etablieren um beispielsweise die gezielte Optimierung industrieller Produktionsstämme und Produktionsprozesse voranzutreiben. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Einwerbung eines NRW Graduiertenclusters „Industrielle Biotechnologie“ mit insgesamt 36 DoktorandInnen, die ihrerseits die CeBiTec Rechnerinfrastruktur zur Datenspeicherung und Auswertung nutzen. Zu erwähnen ist außerdem der Einstieg in die Implementierung von bioinformatischen Analysealgorithmen auf heterogenen Rechnerarchitekturen (FPGAs und GPUs), die beispielsweise in Kooperation mit Universität Paderborn und weiteren Partnern im Rahmen des ENHANCE-Projekts verfolgt wird. Nicht zuletzt hat die Verfügbarkeit der erweiterten Rechenkapazitäten zu einer deutlichen Steigerung der Nutzerzahlen geführt. So sind inzwischen mehr als 2.700 Benutzer registriert die etablierte oder neu entwickelte Software-Programme der Technologieplattform Bioinformatik nutzen. Weiterhin profitiert auch der Bielefelder Bioinformatik Server (BiBiServ) von der neuen Hardware und kann für 2011 einen Anstieg auf fast 160.000 Zugriffe verzeichnen (2010 sogar 177.000 Zugriffe). Abschließend lässt sich feststellen, dass die getätigten Investitionen die effiziente bioinformatische Datenprozessierung und Auswertung in allen Bereichen der Genom- und Postgenomforschung signifikant verbessert haben und die Bearbeitung neuer Fragestellungen ermöglicht wurde. Beim schrittweisen Ausbau der CeBiTec Sequenzierkapazitäten durch die Beschaffung neuer Geräte haben sich die neuen Hardwarekomponenten gut bewährt und es konnte bislang eine ausreichende Skalierbarkeit hinsichtlich der Datentransferraten und Rechenkapazitäten erzielt werden. Gleichzeitig zeichnen sich aber aufgrund des rapide steigenden Datenaufkommens bereits heute die nächsten Engpässe ab, die einen weiteren Ausbau der Rechnerinfrastruktur erforderlich machen.
