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Gemeinsam die Corona-Krise bewältigen

Die Zahl der SARS-CoV-2-Infektionen steigt in Deutschland und weltweit von Tag zu Tag dramatisch. Dies stellt die Gesellschaft und jeden Einzelnen vor immense Herausforderungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich erforschen, ebenso wie viele andere Wissenschaftler in der Helmholtz-Gemeinschaft und weltweit das neuartige Corona-Virus.

Sie entwickeln gemeinsam mit der Universität Heidelberg und dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) mathematische Modelle zur Dynamik des Corona-Ausbruchs in Deutschland, mit denen sie auch den Effekt von Maßnahmen zur Eindämmung simulieren können. Ihr Ziel sind Prognosen, wann der Ausbruch seinen Höhepunkt erreichen wird und wie viele Menschen erkranken könnten. Zudem stellt das Jülich Supercomputing Center gemeinsam mit den anderen Gauss-Partnern der Forschungsgemeinschaft Computerressourcen zur Verfügung, um beispielsweise die Wirkung potenzieller Medikamente computergestützt zu simulieren.

Forschungszentrum hilft, die Corona-Krise zu bewältigenForschungszentrum hilft, die Corona-Krise zu bewältigen
Copyright: Pixabay / PIRO4D

Die Projekte im Einzelnen:

1. Mathematische Modelle zum COVID-19-Ausbruch in Deutschland

Gemeinsam mit der Universität Heidelberg und dem FIAS in Frankfurt sollen in diesem geplanten Projekt mathematische Modelle entwickelt werden, mit denen die Dynamik des laufenden Ausbruchs in Deutschland reproduziert und die Auswirkungen von Kontrollmaßnahmen simuliert werden können. Ziel des Projektes ist es, die laufende Pandemie zu verstehen und zu kontrollieren, sowie dazu beizutragen, zukünftige Pandemien zu verhindern.

Mit den Untersuchungen soll es ermöglicht werden:

  • den Zeitpunkt vorherzusagen, zu dem der laufende Ausbruch in Deutschland und ggf. weiteren Regionen einen Höhepunkt erreichen wird
  • das Ende der gegenwärtigen Epidemie vorherzusagen
  • die kumulative Anzahl von Infektionen/Todesfällen zu schätzen.

Diese drei Punkte werden unter verschiedenen Szenarien betrachtet, wobei die Wirkung von Interventionsmaßnahmen simuliert wird, wie

  • die Reduzierung der Kontakte von Mensch zu Mensch (Schließung von Schulen, Einführung von Home-Office, ...)
  • Früherkennung (insbesondere von leichten Fällen) und Quarantäne
  • die Verbesserung der Behandlung von infizierten Patienten und die Verbesserung der Kapazität der Intensivstationen in Krankenhäusern
  • Lockerung der Kontrollmaßnahmen, wie z.B. die Wiedereinführung von Mensch-zu-Mensch-Kontakten usw.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich konnten für ihre Arbeit unter anderem auch auf vom Robert Koch-Institut bereitgestellte Daten zurückgreifen und danken dem RKI für seine Unterstützung.

Kontakt / Beteiligung:

Prof. Thomas Lippert
Tel.: +49-2461-61-2200
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de

Prof. Volker Lindenstruth, FIAS
Goethe Universität Frankfurt
E-Mail: voli@compeng.de

Dr. Maria Barbarossa
Universität Heidelberg
E-Mail: barbarossa@uni-heidelberg.de

2. Mit Exascale gegen Corona Virus

Mit dem Projekt EXSCALATE4CORONAVIRUS (E4C) sollen die derzeit leistungsfähigsten Computerressourcen in Europa – eine davon ist das Forschungszentrum Jülich – genutzt werden, um computergestützt Wirkstoffe zur Entwicklung von Medikamenten gegen das Corona Virus zu simulieren (In-Silico-Drug-Design). In Kombination mit einem biochemischen und phänotypischen Screening ermöglicht ein computergestützter Medikamentenentwurfs (CADD) die schnelle Auswertung der Simulationsergebnisse und reduziert die Zeit für die Entdeckung neuer Medikamente. Dieser Ansatz ist insbesondere gegen pandemische Viren und andere Krankheitserreger nützlich, bei denen die sofortige Identifizierung wirksamer Behandlungen von größter Bedeutung ist. Die drei Tier-0-Supercomputing-Zentren in Barcelona (BSC), Bologna (CINECA) und Jülich (JSC) werden gemeinsam die beste Kombination von Hardware-Architekturen, das erforderliche Wissen und die höchste Geschwindigkeit für die Simulationen garantieren können.

Die EXSCALATE-Plattform ist die einzige Plattform, die ein Exascale-taugliches virtuelles Screening ermöglicht und die Bewertung von Milliarden von Molekülen an mehreren Targets innerhalb von Stunden ermöglicht. Die Kopplung des Exascale-fähigen virtuellen Screenings mit mehreren biochemischen und phänotypischen Hochdurchsatz-Screenings wird die schnelle Identifizierung von sicheren Medikamenten am Menschen zur sofortigen Behandlung der bereits infizierten Bevölkerung und von vielversprechenden Medikamentenkandidaten für neuartige Pan-Coronavirus-Inhibitoren zur Bewältigung zukünftiger Notfälle ermöglichen.

Kontakt / Beteiligung:

  • Dompé Farmaceutici SPA, Italien (Koordinator: Andrea Beccari)
  • POLYTECHNIKUM MAILAND /Abteilung für Elektronik, Information und Biotechnik, Italien
  • CINECA INTERUNIVERSITÄRES KONSORTIUM /Innovation und Anwendungen im Supercomputing, Italien
  • Universität Mailand / Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften, Italien
  • KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN, Belgien
  • Internationales Institut für Molekular- und Zellbiologie in Warschau, Polen
  • Electra Italienische kristallographische Vereinigung, ELEKTRONIK, Italien
  • Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, Deutschland
  • Nationales Institut für Infektionskrankheiten, Italien
  • Bsc Supercomputing-Zentrum, Spanien
  • Forschungszentrum Jülich GmbH
  • Universität von Neapel, Italien
  • Universität Cagliari, Italien
  • SIB Schweizerisches Institut für Bioinformatik, Schweiz
  • KTH KÖNIGLICHE TECHNISCHE HOCHSCHULE, Fachbereich Angewandte Physik, Schweden
  • Vereinigung BigData, Italien
  • Istituto Nazionale Di Fisica Nucleare, Italien
  • Chelonia, Schweiz

3. Rechenzeit für Corona-Virus-Forschung

Im Rahmen einer gemeinsamen Initiative der Gauss-Zentren, bietet das Jülich Supercomuting Centre auf seinen HPC-Anlagen Rechenzeit und Unterstützung für die Erforschung des COVID-19-Virus an. Ressourcen für Studien, die sich mit der Verbreitung des Virus oder mit Forschung auf medizinischer oder molekularer Ebene befassen, werden unbürokratisch und schnell entsprechenden Experten angeboten.

Kontakt:

Prof. Thomas Lippert
Tel.: +49-2461-61-2200
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de

4. Strukturbiologische Forschungen zur Wirkstoffentwicklung gegen SARS-CoV-2

Es wird ein spezifisch bindendes Molekül (Ligand) entwickelt, welches ein bestimmtes Bindungs-Protein des Corona-Virus (recognition binding domain des viralen Spike-Proteins) vom Rezeptor (ACE2) der Wirtszelle verdrängt. Dadurch kann der Virus nicht mehr an die Zelloberfläche andocken. Außerdem wird die 3-D Struktur eines weiteren viralen Proteins (ORF8) entschlüsselt und untersucht, wie dieses Protein gehemmt werden kann, um sich nicht weiter vermehren zu können. In einem dritten Projekt wird untersucht, wie ein virales Enzym (3C-like Protease) gehemmt werden kann, welches das Virus ebenfalls zur Vermehrung benötigt.

Kontakt / Beteiligung:

Prof. Dieter Willbold
Tel.: 02461 61-2100
E-Mail: d.willbold@fz-juelich.de

Dr. Jeannine Mohrlüder, Dr. Monika Coronado, Marc Sevenich (Forschungszentrum Jülich)
Prof. Dr. Christian Drosten (Charite, Berlin)

Weitere Infos zu den Beiträgen der Helmholtz-Gemeinschaft zur Corona-Forschung: https://www.helmholtz.de