hpCADD
High-Performance Computing in Computer-Aided Drug Design

„Computer-Aided Drug Design“ (CADD) stellt eine wesentliche Säule im Entwicklungsprozess neuer Medikamente dar und ist aus der Pharmaindustrie nicht mehr wegzudenken. Das Ziel ist die computergestützte Vorhersage von biologischer Aktivität und von medizinischen Parametern auf der Basis molekularer Eigenschaften. Der Erfolg dieses theoretischen Ansatzes wird hauptsächlich durch zwei Faktoren bestimmt: (1) die Genauigkeit der Vorhersage von relevanten Größen im Rahmen der zur Verfügung stehenden Rechnerressourcen und (2) die Qualität und Reproduzierbarkeit experimenteller Referenzdaten. Beide Aspekte unterliegen einer Besonderheit biologischer im Gegensatz zu technischen Systemen, nämlich der äußerst hohen Komplexität sowohl in der Beschreibung der zugrundeliegenden molekularen Wechselwirkungen als auch in der experimentellen Präparation und Charakterisierung medizinisch relevanter Modelle.

Das hpCADD-Projekt stellt sich diesen Herausforderungen durch einen innovativen und integrativen Ansatz, der stark von den Fähigkeiten aktueller Hochleistungsrechner profitiert. Hochgenaue Rechenmethoden benötigen im Regelfall außerordentlich lange (serielle) Rechenzeiten, so dass sich der prinzipielle Vorteil der computergestützten Verfahren im Umfeld der industriellen Pharmaforschung nur dann entfalten kann, wenn innovative Algorithmen und theoretische Methodik speziell auf HPC-Architekturen zugeschnitten werden. Neben diesem zentralen Projektziel ergibt sich die informatische Anforderung, die sehr heterogenen Daten und Verfahren der einzelnen theoretischen Schritte zu integrieren und zu visualisieren, um so eine homogene Benutzerschnittstelle zur Steuerung zu erarbeiten. Durch die enge Interaktion zwischen akademischen und industriellen Partnern ist es möglich, die Methoden mit verlässlichen Referenzdaten zu kalibrieren und gleichzeitig die Software-Umgebung unter den realistischen Rahmenbedingungen eines forschenden Pharmaunternehmens zu erproben und zu optimieren.