Vor 9.000 Jahren ist die Menschheit sesshaft geworden und ist so den ersten Schritt ins Anthropozän gegangen. Seit jener landwirtschaftlichen Revolution gehört das Anpflanzen und stetige Entwickeln ertragreicher und resistenter Nutzpflanzen zum elementaren Bestandteil unseres Überlebens. Im Auftrag des Forschungszentrums für Biodiversität und Klima der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung durften wir als proud citizen of dreistrom.land einen nächsten Schritt in der Entwicklung der Landwirtschaft einleiten: eine öffentlich zugängliche Anwendung zur schnellen Bestimmung von Schaderregern.
Der Kunde
Die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung ist eine der wichtigsten europäischen Forschungseinrichtungen rund um die biologische Vielfalt und größtes Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Mit 11 Standorten in 7 Bundesländern sowie 3 Museen und einer Vielzahl von publizierten Zeitschriften und Büchern ist Senckenberg eine gewaltige Stimme im Feld der Biodiversität.
Der Auftrag
Mithilfe eines kostengünstigen technischen Geräts, dem „MinION“ von Oxford Nanopore Technologies, ist es möglich, die Genomsequenzen einer Pflanze auszulesen. Unsere Aufgabe war es, eine Cloud-Anwendung zu schaffen, die diese Genomsequenzen so analysiert, dass Schädlinge (Pathogene), Krankheiten oder sonstige Gefahren für Bestand und Ertrag erkannt und so Ernteausfälle vermieden werden können.
Aus technischer Sicht haben wir vier zentrale Komponenten entwickelt.
Eine Cloud-Anwendung für Anwender:innen inklusive
der Verwaltung von Analysen,
der grafischen Darstellung der in der Pflanze befindlichen Pathogene,
der Möglichkeit, Genomsequenzen von Pathogenen hochzuladen, um diese in die Analysedatenbank aufnehmen zu lassen.
Eine Administrationsplattform für Mitarbeiter:innen der Senckenberg Gesellschaft
zur Verwaltung und wissenschaftlichen Auswertung der Analysen,
zur Verwaltung der zur Genomanalyse verwendeten Datenbanken,
mit der Möglichkeit, die von Anwender:innen eingereichten Genomsequenzen von Pathogenen zu kuratieren.
Ein Backend mit Schnittstellen zu Hochleistungsrechnern (High Performance Computing), welches imstande ist
die enormen Datenmengen performant zu verarbeiten,
viele Analysen parallel und in Abhängigkeit des aktuellen Ressourcenverbrauchs der Hochleistungsrechner zu verarbeiten.
Eine Desktop-Anwendung für Linux, Windows und Mac, die die großen Genomsequenzen von den Endgeräten der Anwender:innen in die Cloud-Anwendung transferiert.
Die Lösung
Technisch sahen wir uns mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert. Während wir im Bereich des mit TYPO3 umgesetzten Frontends eine große Expertise aufweisen, war die Einbindung der hochkomplexen Bioinformatik-Software im Backend naturgemäß Neuland für uns. Dazu kommt, dass uns für die Datenanalyse erstmals Supercomputer zur Verfügung standen, zu denen wir vielfältige und komplexe Schnittstellen konzipierten und kreierten. Diese sind in der Lage, die Genomanalysen parallel auf 24 Hochleistungs-GPUs mit mehr als 6 Terrabyte RAM und über 150 Terrabyte Festplattenspeicher zu bewältigen. Mithilfe umfangreicher Konzeption und Vorbereitung war es uns möglich, innerhalb von knapp 4 Monaten die Desktop-Anwendung für alle Betriebssysteme - Linux, Windows und Mac - und die gesamte Cloud-Plattform zu implementieren.
Durch unser zielstrebiges Entwicklerteam Jupiter haben wir das Projekt fristgerecht im vorgesehenen Budget umsetzen können. So haben wir eine Anwendung erschaffen, die es vor allem Landwirt:innen in Entwicklungsländern ermöglicht, ihre Ernte wesentlich ausfallsicherer einzufahren.
