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Schneller zu einem wirksamen Mittel gegen COVID-19

Eine EU-finanzierte Initiative, die sich das Hochleistungsrechnen zunutze macht, hat den Grundstein zur möglichen Behandlung von COVID-19 gelegt.

Gesundheit

Im anhaltenden Wettlauf gegen die Zeit auf der Suche nach einem Arzneimittel gegen COVID-19 setzt ein Expertenteam auf eine Supercomputer-Plattform, um den gegenwärtigen Ausbruch zu bekämpfen und künftigen Pandemien effizient zu begegnen. Die Supercomputer-Plattform im Zentrum dieser Anstrengungen heißt Exscalate (EXaSCale smArt pLatform Against paThogEns) und ist ein Ergebnis des EU-finanzierten Projekts ANTAREX (AutoTuning and Adaptivity appRoach for Energy efficient eXascale HPC systems). Exscalate „nutzt eine ‚chemische Bibliothek‘ mit 500 Milliarden Molekülen, ermöglicht dank einer Rechenkapazität von mehr als 3 Millionen Molekülen pro Sekunde“, wie in einer Pressemitteilung erläutert wird. Das öffentlich-private Konsortium Exscalate4Cov (E4C) wird von ANTAREX-Projektpartner Dompé Farmaceutici koordiniert. In derselben Pressemitteilung heißt es weiter: „E4C verfolgt zwei Ziele: zum einen die Identifizierung von Molekülen, die in der Lage sind, das Coronavirus [SARS-CoV-2] anzugreifen, und zum anderen die Entwicklung eines Instruments zur effektiven Bekämpfung künftiger Pandemien, das schrittweise konsolidiert werden soll.“ Die Hochleistungsrechenplattform von E4V wird 3D-Molekülstrukturen erstellen, anhand derer das Forschungsteam nachstellen kann, wie die Proteine des Pathogens mit bestimmten Wirkstoffen interagieren. „Diese Arbeit ist bereits im Gange“, heißt es in der Pressemitteilung weiter. „Anschließend kommt die Supercomputer-Komponente des Projekts zum Einsatz, um künftige Mutationen des Virus zu modellieren. Diese Aktivitäten ermöglichen die Identifizierung von Molekülkandidaten (entweder aus Bibliotheken zur Umwidmung von Wirkstoffen oder aus eigenen oder kommerziellen Substanzbibliotheken), die dann für Tests zur Verfügung gestellt und/oder synthetisiert werden können. Parallel dazu werden die E4C-Partner mit der Proteinproduktion für bestimmte identifizierte Sequenzen beginnen.“

Zika-Virus und darüber hinaus

Zur Verfügung gestellt wird die Exscalate-Plattform auch „für externe Partner, die, wie früher schon beim Zika-Virus, bei der Wirkstoffsuche zusammenarbeiten möchten. Diese erheblichen Anstrengungen zum Test von mehr als 25 000 Substanzen werden sicherstellen, dass E4C keine aktiven Molekülkandidaten verliert, und die Bewertung weiterer potenzieller Mechanismen ermöglichen, die bislang unterschätzt wurden“, so die Pressemitteilung. „Darüber hinaus wird das Projekt ein inverses genomisches Screening-Verfahren einsetzen, um Wirtsfaktoren, die mit einer Virusinfektion assoziiert sind, zu identifizieren, und Analysen zur Kartierung der Verbindungen durchführen, um relevante wirtsspezifische Substanzen für Tests vorherzusagen.“ Wie es in der Pressemitteilung von Dompé heißt, solle die Plattform außerdem „als nachhaltige Ressource für ein Notfall-Modul zur Identifizierung von Substanzen [dienen], das bei künftigen Pandemie-Notfällen zum Einsatz kommen kann“. Die virtuellen Screening-Verfahren der Exscalate-Plattform werden laut der E4C-Website von drei der leistungsfähigsten Rechenzentren Europas unterstützt: von CINECA (Standort des Marconi-Supercomputers), vom Barcelona Supercomputing Center und vom Forschungszentrum Jülich. Das ANTAREX-Projekt, das zwischen September 2015 und November 2018 lief, nutzte den Marconi-Supercomputer, um die Wirkstoffforschung zu beschleunigen. Mit spezifischem Augenmerk auf den Praxisfall der Zika-Pandemie, die mit dem Ausbruch 2015 in Brasilien begann und sich rasch auf andere Teile Süd- und Nordamerikas sowie auf andere Regionen der Welt ausbreitete, identifizierten die ANTAREX-Partner 26 Bindungsstellen der Kristallstrukturen von fünf Zika-Proteinen. Insgesamt testeten sie 1,2 Milliarden Moleküle über Computersimulationen in einer Million Rechen-Threads, die über den Marconi-Supercomputer zur Verfügung stehen. Weitere Informationen: ANTAREX-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

ANTAREX, Coronavirus, COVID-19, Zika-Virus, Exscalate, Gesundheit

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9 April 2019