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Gemeinsam die Corona-Krise bewältigen

SARS-CoV-2 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.

So entwickeln sie zum Beispiel mathematische Modelle zur Dynamik des Corona-Ausbruchs in Deutschland, mit denen sie auch den Effekt von Maßnahmen zur Eindämmung simulieren können. Ebenso stellen sie Infrastruktur zur Verfügung, um beispielsweise die Wirkung potenzieller Medikamente computergestützt zu simulieren oder sie untersuchen und entwickeln konkret einzelne Wirkstoffkandidaten. Indem sie die Auswirkungen von Covid-19 auf den Geschmacks- und Geruchssinn untersuchen, beteiligen sie sich zudem an der Erforschung des Krankheitsverlaufs der Infektion.

Auf dieser Seite ist zusammengefasst, wie Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Bewältigung der Corona-Krise arbeiten. In Interviews kommen zudem Forscherinnen und Forscher zu Wort.


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

Impfstoffentwicklung, Wirkstoffforschung und Wirkstoffscreening

Wirkstoffforschung

Viren gelangen über spezifische Rezeptor-Proteine, an die sie andocken (Schlüssel-Schloss-Prinzip), in die Zelle. Forscher vom Forschungszentrum Jülich, Institut für Biologische Informationsprozesse (IBI-7) entwickeln ein Molekül, das spezifisch an den gleichen Rezeptor bindet und so den Viren Konkurrenz macht. Dadurch kann das Eindringen der Viren in die Zellen unterbunden werden. Dasselbe Molekül wird auch als Sonde im Rahmen eines Virus-Schnelltests zum Einsatz kommen, der derzeit entwickelt wird.  Außerdem versuchen die Strukturbiologen die 3-D-Struktur weiterer viraler Proteine (ORF8, ORF 7a, ORF3a, M und E) zu entschlüsseln und testen, wie diese Proteine gehemmt werden können, so dass sich das Virus nicht weiter vermehren kann. In einem dritten Projekt wird untersucht, wie ein wichtiges virales Enzym (Hauptprotease) gehemmt werden kann, welches für die Vermehrung des Virus von grundlegender Bedeutung ist. Hierzu wurde bereits ein umfangreiches computer-basiertes Screening am Jülicher Supercomputer-Center durchgeführt. Vielversprechende Wirkstoffkandidaten werden derzeit auf ihre Wirksamkeit biochemisch untersucht. Zusammen mit anderen strukturbiologischen und medizinisch-chemischen Arbeitsgruppen an weiteren Instituten der Helmholtz-Gemeinschaft beteiligt sich das IBI-7 am Aufbau einer Helmholtz-übergreifende Plattform zur strukturbasierten Wirkstoffforschung, um besser auf zukünftige Pandemien vorbereitet zu sein. 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. 

Kontakt

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



Das Projekt Exscalate4CoV (E4C) nutzt hochleistungsfähige Supercomputing-Ressourcen in Europa, um intelligentes In-silico-Drug-Design und Strategien zur Umwidmung von Medikamenten gegen die Coronavirus-Pandemie zu ermöglichen und gleichzeitig die Genauigkeit und Vorhersagbarkeit von computergestütztem Drug Design zu erhöhen.
Bisher wurden etwa 10.000 einzigartige Moleküle gegen die hauptsächlichen Zielproteine von SARS-CoV2 untersucht. Zudem wurden weitere Bibliotheken gescreent. Dieser rechnerische Aufwand wurde mit biochemischen Methoden und phänotypischen Screenings kombiniert, um die Moleküle auszuwählen, die in der Lage sein könnten, die Virusvermehrung in In-vitro-Modellen zu blockieren.

Ein vielversprechender Medikamentenkandidat, Raloxifen, erwies sich in den experimentellen Tests als "aktiv". Raloxifen wird Mitte Oktober den ersten Schritt der klinischen Erprobung durchlaufen.

Kontakt

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

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



Infektionsausbreitung in der Bevölkerung

Seit Beginn der Corona-Pandemie steht die Reproduktionszahl im Zentrum des Interesses. In den USA ging bereits im April eine Website online, auf der für eine breite Öffentlichkeit tagesaktuelle R-Wert-Schätzungen für alle Bundestaaten zu finden sind. Jülicher Biotechnologen vom Institut für Bio- und Geowissenschaften steuerten ihre Expertise zur amerikanischen Webseite bei, hinter der die Instagram-Gründer Kevin Systrom und Mike Krieger stecken. Die Jülicher Wissenschaftler wurden von Systrom um Unterstützung gefragt, denn sie entwickeln und nutzen das Python-Software-Paket "PyMC3" für die statistische Modellierung und Entwicklung von Bioproduktionsprozessen - ebenso wie die amerikanische Website. Mathematisch gesehen gibt es keinen großen Unterschied zwischen der Auswertung mikrobieller Wachstumsexperimente und der Auswertung von Epidemie-Daten. Die Jülicher Forscher stellen auf der Seite https://rtlive.de/ nun auch tägliche Vorhersagen des R-Werts für die deutschen Bundesländer bereit, die auf Daten des Robert-Koch-Instituts (RKI) basieren.

Kontakt

Laura Helleckes
Tel.: 02461 61- 3962
E-Mail: l.helleckes@fz-juelich.de

Michael Osthege
Tel.: 02461 61- 8646
E-Mail: m.osthege@fz-juelich.de



BSTIM für Covid-19


Landkreisbezogene Corona-Vorhersagen liefert die Website https://covid19-bayesian.fz-juelich.de. Hier stellen Neuroinformatiker der Universität Osnabrück und Datenspezialisten des Forschungszentrums Jülich täglich neue Modellergebnisse bereit. Die Ergebnisse enthalten tagesaktuelle Schätzungen der gemeldeten Neu-Infektionen und eine 5-Tages-Vorhersage für jeden deutschen Landkreis. Die Prognosen beruhen ebenfalls auf den Daten des RKI, die mit einem neuen, wahrscheinlichkeitsgewichteten Modell der Osnabrücker Neuroinformatiker auf Höchstleistungsrechnern des Jülich Supercomputing Centre (JSC) statistisch analysiert werden. Das BSTI-Modell errechnet überdies den Einfluss angrenzender Regionen. Ein sogenannter Interaktionskernel beschreibt, wie sehr sich eine hohe oder niedrige Infektionszahl in einer benachbarten Region auf das Infektionsgeschehen in einem Landkreis auswirkt.

Kontakt

Jens Henrik Göbbert
Tel.: 02461 61 96498
E-Mail: j.goebbert@fz-juelich.de




Darüber hinaus modellieren Wissenschaftler des HZI und des Forschungszentrums Jülich Gemeinsam mit der Universität Heidelberg und dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) die Auswirkung verschiedener Maßnahmen auf die Entwicklung der Corona-Epidemie in Deutschland. Um die Ausbreitung des Erregers präziser zu beschreiben, haben die Forscher ein klassisches Modell aus der mathematischen Epidemiologie um SARS-CoV-2-spezifische Faktoren erweitert. Indem sie Angaben zur Anzahl stationär aufgenommener und intensivmedizinisch betreuter Patienten in das Modell integriert haben, können sie die Belastung für das deutsche Gesundheitssystem in verschiedenen Ausbreitungsszenarien vorhersagen. Diese Daten sind auch in eine Stellungnahme der Helmholtz-Initiative „Systemische Epidemiologische Analyse der COVID-19-Epidemie“ für die Bundesregierung eingeflossen. Die Ergebnisse des am Jülich Supercomputing Centre (JSC) und FIAS entwickelten Modells gehen auch in den vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) initiierten Forecast Hub ein. Zudem stellt das JSC gemeinsam mit seinen Partnern im Gauss Centre for Supercomputing (GCS) Rechenzeit zur Verfügung.

Kontakt

Prof. Thomas Lippert
Tel.: 02461 61-2200
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de

Dr. Jan Fuhrmann
Tel.: 02461 61-47651
E-Mail: j.fuhrmann@fz-juelich.de



Mit Quantencloud gegen Covid-19

Zusammen mit mehreren anderen internationalen Forschungseinrichtungen und Unternehmen hat sich das Forschungszentrum einer Initiative des kanadischen Quantencomputer-Herstellers D-Wave Systems Inc. angeschlossen. Ziel ist es, Forscherinnen und Forscher bei der Entwicklung von Lösungen zur Bekämpfung der Corona-Pandemie zu unterstützen. D-Wave verschafft Nutzern, die zu COVID-19 forschen, freien Zugang zu Quantencomputer-Systemen.

Kontakt

Prof. Kristel Michielsen
Tel: 02461 61-2524
E-Mail: k.michielsen@fz-juelich.de



Erforschung von Geruchs- und Geschmacksstörungen bei COVID-19

Das von Dr. Kathrin Ohla mitgegründete Global Consortium for Chemosensory Research (GCCR) untersucht den Zusammenhang von Riech- und Schmeckstörungen mit COVID-19. „Die erste Onlineumfrage mit über 50.000 Teilnehmern zeigte, dass der plötzliche Verlust von Geruch oder Geschmack eine Infektion mit dem neuartigen Corona-Virus von anderen Atemwegserkrankungen abgrenzen kann“, erklärt Kathrin Ohla vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin. Die Onlineumfrage steht in 32 Sprachen zur Verfügung.

Außerdem haben die Forscher den sog. Riech&Schmeck-Check entwickelt, mit dem Interessierte ihre Sinne zu Hause testen, trainieren und über die Zeit beobachten können. An dem Konsortium sind aktuell 592 Mitglieder aus 59 Ländern beteiligt.

Onlinebefragung

Kontakt

Dr. Kathrin Ohla
Tel.: 02461 61-4548
E-Mail: k.ohla@fz-juelich.de



Schnellzugang zu Messungen mit Neutronen für Corona-Forschung

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 Corona-Virus 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. Gastwissenschaftler wenden sich mit entsprechenden Messzeitanträgen direkt an das User Office. Es erfolgt dann schnellstmöglich eine wissenschaftliche Begutachtung des Messzeitantrags.

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



Lernen aus der Krise: Hochsaison für Klimaforscher

Die Gelegenheit beim Schopf packten Jülicher Atmosphärenforscherinnen und -forscher. Sie starteten umfangreiche Messkampagnen, um die Änderung der Luftqualität während des Shutdowns im Frühjahr und auch in der Zeit danach zu dokumentieren. Zwei Wetterballons, bestückt mit Jülicher Instrumenten, stiegen bis in Höhen von 29 Kilometern auf. Für die bodennahen Messungen zwischen 200 und 1000 Metern Höhe kam ein mit Jülicher Hightech ausgerüsteter Zeppelin NT zum Einsatz sowie das Jülicher Messfahrzeug MobiLab, das am Boden Vergleichsproben sammelte. Die Kampagnen erfassten Werte zu einer Vielzahl von Spurengasen wie Kohlenmonoxid, Stickoxide, CO2, FCKWs, Methan, Wasserdampf, Ozon und den Feinstaubgehalt der unterschiedlichen Luftschichten. Erste Ergebnisse zeigen, dass der Shutdown keinen großen Einfluss auf den CO2-Gehalt in der oberen Troposphäre und Stratosphäre in rund 15 Kilometern Höhe hatte. „Wir pumpen seit über 200 Jahren Milliarden Tonnen an Kohlendioxid in die Luft – da kann man nicht erwarten, dass das in ein paar Wochen deutlich weniger wird oder gar weg ist“, stellt Dr. Johannes Laube vom Institut für Energie- und Klimaforschung klar. Weitere Messungen und die Auswertung aller Daten laufen derzeit. Die Ergebnisse fließen in mehrere Klimamodelle ein, um bestehende Wissenslücken zu schließen und zum Beispiel die Auswirkungen einer durchgreifenden Verkehrswende auf die Luftqualität in verschiedenen Regionen vorherzusagen.

Kann sehr langsam fliegen, auf der Stelle schweben und vertikal in die Höhe steigen: der Zeppelin NT.

Kontakt

Prof. Astrid Kiendler-öScharr
Tel.: 02461 61-4185
E-Mail: a.kiendler-scharr@fz-juelich.de

Dr. Johannes Laube
Tel.: 02461 61-6524
E-mail: j.laube@fz-juelich.de

Dr. Christian Rolf
Tel.: 02461 61-6933
E-Mail: c.rolf@fz-juelich.de


8,3 Prozent mehr Strom: Photovoltaikanlagen im indischen Delhi haben zu Beginn der Corona-Krise im März 2020 deutlich mehr Ertrag erzielt als sonst zu dieser Jahreszeit üblich. Durch den Rückgang der menschengemachten Luftverschmutzung infolge des Corona-Lockdowns konnte mehr Sonnenlicht zu den Photovoltaikanlagen durchdringen, stellten Wissenschaftler der Jülicher Außenstelle des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg gemeinsam mit Partnern des Massachusetts Institute of Technology und des Solarunternehmens Cleantech Solar fest. Die Forscher hatten damit gerechnet, waren aber überrascht, wie deutlich der Effekt ausfiel.

Kontakt

Dr. Ian Marius Peters
Tel.: +49 9131-9398152
E-Mail: i.peters@fz-juelich.de

Dr. Jens Hauch
Tel.: +49 9131 9398-333
E-Mail: j.hauch@fz-juelich.de


Jülicher Experten im Interview

"Wir müssen auf Sicht fahren"

Wolfgang Marquardt

Die Nationalakademie Leopoldina und die Helmholtz-Gemeinschaft bewerten in aktuellen Stellungnahmen die Lage und geben Empfehlungen zum weiteren Vorgehen. Prof. Wolfgang Marquardt, Vorstandsvorsitzender des Forschungszentrums Jülich und Mitautor bei beiden Stellungnahmen, äußert sich zu den skizzierten Strategien und ihrem Verhältnis zueinander.
Zum 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.
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Katrin Amunts zu Veränderungen in der Gesellschaft durch die Corona-Krise

Prof. Katrin Amunts, Leiterin des INM-1, äußert sich in einem Interview auf helmholtz.de zusammen mit zwei weiteren Wissenschaftlern der Helmholtz-Gemeinschaft zu den sozialen und gesellschaftlichen Auswirkungen der COVID-19-Pandemie. Zum Interview


"Milliarden von Molekülen gegen die Proteine des Corona-Virus"

Prof. Paolo Carloni

Das Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Computational Biomedicine, konzentriert sich eigentlich auf die molekulare Neurobiologie und das Design neuroaktiver Medikamente. Die Pandemie hat Prof. Giulia Rossetti und Prof. Paolo Carloni jedoch dazu veranlasst, einen Teil ihrer Ressourcen auf die Forschung zum Corona-Virus umzuleiten. Durch ihre Beteiligung am EU-Projekt „EXSCALATE4COV“ arbeiten sie daran, Milliarden von Molekülen gegen die Proteine des Corona-Virus zu screenen.
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„Es gibt bei uns schon Grundlagenforschung, auf die wir aufbauen können.“

Prof. Dieter Willbold

Verhindern, dass das Corona-Virus an Wirtszellen andocken, mit ihnen verschmelzen und sich dadurch verbreiten kann: Das steht, kurz und knapp, im Zentrum der aktuellen Forschung der Strukturbiochemiker am Jülicher Institut für Biologische Informationsprozesse. Sie entwickeln einen Liganden, ein spezifisch bindendes Molekül, das ein bestimmtes Bindungs-Protein des Virus vom Rezeptor einer Wirtszelle verdrängt. Ein Interview mit Prof. Dieter Willbold, dem Direktor des Instituts.
Zum Interview


Mathematische Modelle zur Dynamik des Corona-Ausbruchs

Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC) im Forschungszentrum Jülich

„Vordringlich bringen wir jetzt Experten aus unserem wissenschaftlichen Netzwerk zusammen, um möglichst schnell präzise Daten zur Ausbreitung des Virus und zur Entwicklung von Medikamenten zu erhalten. Ich rechne im Augenblick damit, dass wir schon bald erste Ergebnisse haben werden“, sagt Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC) im Forschungszentrum Jülich, auf der Seite der Helmholtz-Gemeinschaft.
Zum Beitrag auf der Helmholtz-Website

Beiträge weiterer Helmholtz-Zentren

Weitere Infos zu den Beiträgen der Helmholtz-Gemeinschaft zur Corona-Forschung auf helmholtz.de


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