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Mit Supercomputern gegen das komplexe Coronavirus

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Mit Supercomputern gegen das komplexe Coronavirus
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Künstliche Intelligenz und Hochleistungsrechnen helfen im Kampf gegen Covid-19. Thema in dieser Futuris-Folge.

Europäische Wissenschaftler arbeiten in einem Forschungsprojekt mit Algorithmen, Biochemie und molekularen Screenings daran, potenzielle neue Moleküle zu identifizieren. Damit sollen Medikamente gegen das Coronavirus entwickelt werden.

Mit Supercomputern gegen das komplexe Coronavirus

Die Informatiker setzen massive Rechenleistung gegen die Pandemie ein. Laut ihrer Erfahrung ist das Virus nicht wie andere Erreger:

"Im Vergleich zu anderen Viren, mit denen wir gearbeitet haben, zum Beispiel dem Zika-Virus, hat das Coronavirus eine größere Komplexität", sagt Andrea Beccari, Computer-Wissenschaftler, Dompé, E4C-Projektkoordinator. "Es besteht aus viel mehr Proteinen, die sehr unterschiedliche biologische Funktionen haben."

Wissenschaftler eines europäischen Forschungsprojekts suchen Moleküle, die die Virus-Ausbreitung im menschlichen Körper blockieren. Das Problem: Es gibt eine riesige Bibliothek von etwa 500 Milliarden Molekülen zu erforschen. Wie kann man in kürzester Zeit vielversprechende Kandidaten identifizieren? Die Lösung: Supercomputer, die bis zu drei Millionen Moleküle pro Sekunde verarbeiten können:

"Computer sind unerlässlich, um gleichzeitig alle 25 Proteine des Virus untersuchen zu können. Sie sind an den verschiedenen Mechanismen bei der Infektion, der Replikation und der Blockierung des menschlichen Immunsystems beteiligt", so Andrea Beccari.

Außerdem setzt man Supercomputer ein, um 3D-Modelle und experimentelle 3D-Protein-Strukturen des Virus zu entwickeln und zu analysieren:

"Wir sind in der Lage, Moleküle zu identifizieren, die nützlich sein könnten, um das Coronavirus einzudämmen, sowohl unter bereits existierenden Molekülen - durch den sogenannten Repoursing-Prozess - als auch durch die Verwendung neuer Molekülbibliotheken, wobei wir bereits optimierte Modelle anwenden", erklärt Carmine Talarico, Compuer-Chemiker, Dompé.

Vielversprechende Moleküle werden nach Belgien verschifft. Dort infizieren die Forscher zunächst Zellen mit dem SARS-CoV-2-Virus. Dann fügen sie die Kandidatenmoleküle hinzu und untersuchen die Reaktion der infizierten Zellen.

Diese komplexe Forschung wird teilweise in einer automatisierten Anlage durchgeführt, die mit Unterdruck arbeitet, sodass kein biologisches Material entweichen kann. Das Potenzial der ausgesuchten Moleküle kann innerhalb von 48 Stunden bewertet werden.

"Diese Roboterarme nehmen die Platten mit den Zellen und dem Virus auf. Sie legen diese Platten in die Pipettiermaschinen. Nach einiger Zeit legen sie z.B. das Virus auf die Zellen, und dann geben sie die Mischung in den Inkubator bei 37°C. Dort bleibt sie ein paar Tage. Und dann entnehmen die Roboterarme die Platten aus dem Inkubator und legen sie unter das automatische Mikroskop, das prüft, ob einige der Verbindungen das Virus blockieren", erklärt Johan Neyts, Virologe an der Katholischen Universität Leuven.

Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Forschung mittelfristig zur Entwicklung wirksamer neuer Medikamente gegen Covid-19 beitragen wird.