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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


Interview: "Niemand darf allein gelassen werden"

Prof. Katrin Amunts

Der Corona-Virus konfrontiert unsere Gesellschaft mit weitreichenden ethischen Konflikten. Zur Orientierung und als „Leitfaden“ für diese Herausforderungen hat der Deutsche Ethikrat unter dem Titel „Solidarität und Verantwortung in der Corona-Krise“ eine Ad-hoc-Empfehlung veröffentlicht. Die renommierte Hirnforscherin Prof. Katrin Amunts vom Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin ist stellvertretende Vorsitzende des Deutschen Ethikrats und erläutert in einem Interview die zentralen Punkte der Empfehlung. Zum Interview


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

Das Projekt EXSCALATE4CORONAVIRUS (E4C) umfasst eine enge Zusammenarbeit zwischen drei der größten Supercomputing-Zentren in der EU (CINECA in Italien, das Supercomputing-Zentrum Barcelona in Spanien und das Supercomputing-Zentrum des Forschungszentrums Jülich in Deutschland) sowie einem Pharmaunternehmen und mehreren Universitäten und Forschungsinstituten. Dazu gehört auch das Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Computational Biomedicine (INM-9). Das E4C-Team verwendet Supercomputer, um molekulare Simulationen und in silico, d.h.unter Verwendung von speziellen Programmen bzw. Algorithmen biochemische und phänotypische Screenings von vorhandenen Medikamenten gegen SARS-CoV-2 durchzuführen. Dieser Ansatz ermöglicht eine schnelle Analyse der Simulationsergebnisse und verkürzt die Zeit, die für die Entdeckung neuer therapeutischer Wirkstoffe benötigt wird. Die EXSCALATE-Plattform ermöglicht ein virtuelles Screening im Exascale-Maßstab und damit die Bewertung von Milliarden von Molekülen gegen mehrere Targets innerhalb weniger Wochen. Dies ist besonders nützlich für pandemische Viren wie das Coronavirus, bei denen die sofortige Identifizierung wirksamer Behandlungen von größter Bedeutung ist.

Das E4C-Team wurde im Rahmen der EU-Aufforderung finanziert: H2020-SC1-PHE-CORONAVIRUS-2020: Förderung des Wissens über die Reaktion der klinischen und öffentlichen Gesundheit auf die nCoV-Epidemie 2019.

Kontakt

Prof. Giulia Rossetti
E-Mail: g.rossetti@fz-juelich.de

Prof. Paolo Carloni
E-Mail: p.carloni@fz-juelich.de

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

Weitere Informationen:

Projektinformationen EXSCALATE4CoronaVirus

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

Strukturbiochemiker am Jülicher Institut für Biologische Informationsprozesse entwickeln ein spezifisch bindendes Molekül (Ligand), 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 und mit der Wirtszelle verschmelzen. Mithilfe der NMR Spektroskopie können Konformationsänderungen des Bindungsproteins auf der Hülle des Corona-Virus mit atomarer Auflösung untersucht werden. 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, Nils-Alexander Lakomek (Forschungszentrum Jülich)
Prof. Dr. Christian Drosten (Charite, Berlin)

5. Schnellzugang zu Messungen mit Neutronen für Forschung an SARS-CoV-2

Forscher weltweit bemühen sich, Medikamente oder einen Impfstoff gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 zu entwickeln. Auch das Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) bietet angesichts der Corona-Pandemie gesonderten Zugang zu Messungen mit Neutronen, die wichtigen Einblick in das Verhalten des Virus geben können. Am MLZ betreibt das Jülich Centre for Neutron Science, zum Teil in enger Kooperation mit Partnern, Neutronenstreuinstrumente, mit denen sich die Struktur und Dynamik biologischer Proben untersuchen lassen.

Wissenschaftler, die Neutronen nutzen möchten, um das Coronavirus SARS-CoV-2 oder die Krankheit COVID-19 zu erforschen, erhalten einen gesonderten und privilegierten Zugang. Sie müssen nicht Messzeitanträge auf dem üblichen Weg stellen. "Forschung zu dem Coronavirus SARS-CoV-2 und an der Krankheit COVID-19 hat momentan Vorrang vor allen anderen Messzeitanträgen am MLZ", sagt Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum, wissenschaftlicher Direktor des FRMII. Deshalb hat das MLZ mit sofortiger Wirkung einen Schnellzugang für die Forschung rund um das Coronavirus SARS-CoV-2 eingerichtet. Gastwissenschaftler wenden sich mit entsprechenden Messzeitanträgen direkt an das User Office. Es erfolgt dann schnellstmöglich eine wissenschaftliche Begutachtung des Messzeitantrags.

Die fortschrittlichen Neutronenquellen Europas werden einen wesentlichen Beitrag zur Bekämpfung des SARS-CoV-2-Virus leisten. Lesen Sie hier über die Maßnahmen anderer Mitglieder der Liga der fortgeschrittenen europäischen Neutronenquellen (LENS) in Bezug auf spezielle Zugangskanäle für SARS-CoV-2-Forscher.

Kontakt:

Prof. Dr. Stephan Förster,
Telefon: 02461 61-85161
E-Mail: s.foerster@fz-juelich.de

Jülicher Zentrum für Forschung mit Neutronen (JCNS)

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ)

6. Mit Quanten-Cloud gegen COVID-19

Das Forschungszentrum Jülich hat sich gemeinsam mit mehreren anderen internationalen Forschungseinrichtungen und Unternehmen einer Initiative des kanadischen Quantencomputer-Herstellers D-Wave Systems Inc. angeschlossen, um Forscherinnen und Forscher bei der Entwicklung von Lösungen zur Bekämpfung der Corona-Pandemie zu unterstützen. D-Wave verschafft Nutzern, die zu COVID-19 forschen, auf diese Weise ab sofort freien Zugang zu Quantencomputer-Systemen.

"Hybride quanten-klassische Computersimulationen scheinen ein vielversprechender Ansatz zu sein, um die Lösung komplexer Probleme in der Pharmakologie und Epidemiologie, wie sie etwa in der gegenwärtigen COVID-19-Krise auftreten, zu beschleunigen", erklärt Prof. Kristel Michielsen vom Jülich Supercomputing Centre. "Um die Leistung im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und Optimierung effizient auszuschöpfen, integrieren wir das D-Wave-System in unsere modulare Supercomputer-Umgebung, sodass es in einem hybriden Modus gemeinsam mit klassischen Supercomputern genutzt werden kann.

Kontakt:

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

Prof. Kristel Michielsen
Tel.: +49 2461 61-2524

Pressemitteilung: Quanten-Cloud soll Forscher im Kampf gegen COVID-19 unterstützen

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