Mit Supercomputing gegen SARS-CoV-2

Die ersten zugelassenen Impfstoffe wecken Hoffnungen auf ein Ende der Pandemie. Was jedoch noch fehlt, ist ein wirksames Heilmittel. Im europäischen Projekt EXSCALATE4CORONAVIRUS (E4C) suchen Wissenschaftler nach Molekülen, die Schlüsselproteine des Coronavirus blockieren. E4C ist ein öffentlich-privates Konsortium, das durch das H2020-Programm der Europäischen Kommission unterstützt wird. Ziel ist es, das Coronavirus zu bekämpfen, indem die besten Supercomputing-Ressourcen und künstliche Intelligenz mit modernsten experimentellen Einrichtungen bis hin zur klinischen Validierung kombiniert werden.

In einer aktuellen Veröffentlichung berichtet das Jülicher E4C-Team unter der Leitung von Prof. Giulia Rossetti vom JSC und dem Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-9) über eine neue Methode zur Identifizierung von Inhibitoren von "Mpro", der Hauptprotease von SARS-CoV-2. Das Virus kann sich nicht mehr vermehren, wenn Mpro gehemmt wird. Bei der Suche nach Medikamenten folgen die Forscher üblicherweise dem Schlüssel-Schloss-Prinzip: Sie nehmen eine Bibliothek bekannter Moleküle, also "Schlüssel", und testen am Computer, welches Molekül in das aktive Zentrum des Enzyms, das "Schloss", passt. Die Form von SARS-CoV-2 Mpro erweist sich jedoch als extrem flexibel, was bedeutet, dass sich das Schloss ständig verändert. Deshalb kehrte das Team die Suche um und begann "von der Seite des Schlosses her". Gemeinsam mit Kollegen von E4C und dem Human Brain Project untersuchte das Jülicher Team mehr als 30.000 mögliche räumliche Anordnungen des aktiven Zentrums, die als "Blaupause" für die Suche nach den "Schlüsseln" dienten: Mit den Höchstleistungsrechnern am JSC wurden Millionen von Molekülen durchforstet. Zwei neuartige Mpro-Inhibitoren wurden allein durch Computersimulationen identifiziert. Tests an Zellkulturen bestätigten eine moderate antivirale Wirkung. Die Arbeit erschien in ACS Pharmacology and Translational Science (DOI: 10.1021/acsptsci.0c00215) und erreichte dort auch die Titelseite.

Diese Forschung zeigt den Wert von interdisziplinären transeuropäischen Netzwerken und Infrastrukturen zur Bündelung von Expertise bei der Entwicklung neuer Ansätze.

Kontakt: Prof. Giulia Rossetti

aus JSC News No. 280, 26. April 2021