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Mit Supercomputern gegen das Coronavirus

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Ausbreitung von Covid-19 - Mit Supercomputern gegen das Coronavirus

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Wie kann das Coronavirus unschädlich gemacht und an der weltweiten Verbreitung gehindert werden? Das untersuchen Wissenschaftler mit Hilfe eines Supercomputers.

Supercomputer Summit
Der Supercomputer Summit hilft mit im Kampf gegen das Coronavirus.
Quelle: Oak Ridge National Laboratory

Nicht nur Virologen beteiligen sich am Kampf gegen das Coronavirus, auch Mathematiker und Computerwissenschaftler sind bei der Abwehr des Virus mit dem Namen Sars-Cov-2 gefragt. "Simulation und Systeme maschinellen Lernens sind im Kampf gegen das Virus ganz wichtige Methoden", erklärt Andrea Martin, die das Watson Center des IT-Konzerns IBM in München leitet.

Virtueller Arznei-Test gegen das Coronavirus

Die Hoffnung vieler Mediziner ruht auf Forschungsergebnissen, die sie von den schnellsten Höchstleistungsrechnern der Welt erwarten. Mit deren Hilfe simulieren Forscher nämlich, welche Auswirkungen bekannte Arzneimittel-Wirkstoffe auf das Coronavirus Sars-Cov-2 haben und mit welchen Antikörpern das Virus direkt angegriffen werden kann.

Außerdem wollen sie mit Systemen maschinellen Lernens Muster erkennen, wie sich das Virus ausbreitet und welche Krankheitsverläufe bei welchen Patientengruppen wahrscheinlich sind. Auch typische Infektionsmuster an der Lunge der Erkrankten selbst lassen sich so schneller identifizieren.

"Schließlich helfen Mustererkennung und maschinelles Lernen auch dabei, Kandidatinnen und Kandidaten für Medikamententests zielgerichteter zu finden, so dass neue Medikamente schneller auf breiter Basis eingesetzt werden können", erläutert Andrea Martin.

Schnellste Supercomputer im Einsatz gegen Covid-19

Die Simulationen laufen vor allem auf den Supercomputern Summit und Sierra, die auf der sogenannten Top-500-Liste der schnellsten Supercomputer auf den ersten Plätzen stehen.

Der Summit-Supercomputer am amerikanischen Oak Ridge National Laboratory und der Sierra-Höchstleistungsrechner am Lawrence Livermore National Laboratory schaffen gemeinsam 325 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde.

"Diese Leistung brauchen wir, um die Wirksamkeit von Medikamenten zu testen und Antikörper zu entwickeln", sagt Andrea Martin. So haben die beiden Wissenschaftler Micholas und Jeremy Smith auf dem Summit-Rechner bisher mehr als 8.000 Wirkstoffe im Computer auf das Coronavirus losgelassen.

Knapp 80 Wirkstoffe identifiziert, die für Bekämpfung infrage kommen

Die Sequenzierung des Virus hatten ihnen Kollegen aus dem chinesischen Wuhan zur Verfügung gestellt. Ihre Simulationswerkzeuge bestehen aus sehr komplexen Gleichungssystemen. Und damit konnten sie knapp 80 Wirkstoffe identifizieren, die die Proteine an der Zellwand so abschlossen, dass die als Covid-19 bekannte Krankheit nicht ausbrechen kann.

Denn das Coronavirus kann nur dann den menschlichen Körper überfluten, wenn es die richtigen "Türen" in die Zellen findet. Und diese "Türen" sind passende Proteine an der Zellwand. Die Virologen sprechen hier von Rezeptoren.

"Hat das Virus einen passenden Rezeptor gefunden, kann es in die Zelle eindringen", erläutert Anna Suk-Fong von der Fakultät für klinische Forschung an der University of Michigan. Die jetzt in der Simulation gefundenen Wirkstoffe schauen sich Mediziner und Molekularbiologen nunmehr genauer an, um daraus ein Medikament gegen die Covid-19-Krankheit zu entwickeln.

Antikörper aus dem Arbeitsspeicher

Die internationale Zusammenarbeit der Supercomputerzentren weltweit wird von allen Experten gelobt. Chinesische und amerikanische Computerwissenschaftler arbeiten hier mit ihren europäischen Kollegen eng zusammen.

Die hier beteiligten Wissenschaftler haben zwei Wünsche an die Politik: Dort möge man ihre Prognosen, die die Ausbreitungswege angehen, ernster nehmen. Und den Simulationsforschungen für die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen sollte nicht wieder - wie nach dem Sars-Ausbruch vor einigen Jahren nach Bewältigung der unmittelbaren Krise - der Geldhahn zugedreht werden.

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