Coronavirus – Was wir tun und wie Sie helfen können

Proteine sind molekulare Maschinen, die viele Aufgaben übernehmen, welche wir mit dem Leben in Verbindung bringen. Sie nehmen das Umfeld wahr (z. B. über Geschmack und Geruch), verrichten Arbeiten (z. B. das Zusammenziehen von Muskeln und die Verdauung von Nahrung) und können eine strukturelle Rolle spielen (z.B. Ihre Haare). Sie bestehen aus einer linearen Kette von Chemikalien, sogenannten Aminosäuren, welche sich in vielen Fällen spontan in kompakte, funktionelle Strukturen „falten“. Es ist die Anordnung und Bewegung der Bausteine, die – ähnlich wie bei den meisten anderen Maschinen – die Funktion des Proteins bestimmt. In diesem Fall handelt es sich bei den Bausteinen um Atome.

Viren haben auch Proteine, die sie verwenden, um unser Immunsystem zu unterdrücken und sich selbst fortzupflanzen.

Um das Coronavirus zu bekämpfen, wollen wir verstehen, wie diese viralen Proteine funktionieren und wie wir Heilmittel entwickeln können, um sie zu stoppen.

Es gibt viele experimentelle Methoden zur Bestimmung von Proteinstrukturen. Obwohl sie extrem leistungsstark sind, zeigen sie jedoch nur eine einzige Momentaufnahme der gewöhnlichen Form eines Proteins. Aber Proteine haben viele bewegliche Teile, weshalb wir in Wirklichkeit die Bewegung des Proteins sehen wollen. Die Strukturen, die wir experimentell nicht sehen können, könnten der Schlüssel zur Entdeckung eines neuen Heilmittels sein.

Wenn man American Football als Analogie zum Experiment heranzieht, wäre es, als könne man die Spieler nur beim Snap [Anm. d. Ü.: dem Anspiel im American Football] sehen, (also der Aufstellung, in der die Spieler die meiste Zeit verbringen), während man den Rest des Spiels blind wäre.

Eine einzelne Anordnung eines Proteins zu sehen (links) ist wie Spieler beim Snap zu beobachten. Wichtige Informationen, aber es fehlt auch so einiges. Die Proteinstruktur zeigt eine Kugel für jedes Atom (blau) und rote Pfeile, die die eine Bindungsstelle für Wirkstoffe in diesem Protein hervorheben.

Unsere Spezialität ist die Verwendung von Computersimulationen, um die beweglichen Teile von Proteinen zu verstehen. Zu beobachten, wie sich die Atome in einem Protein relativ zueinander bewegen, ist wichtig, weil so wertvolle Informationen erfasst werden, die auf andere Weise nicht zugänglich sind.

Auf Basis der experimentellen Anordnungen können wir simulieren, wie sich alle Atome im Protein bewegen und damit die Lücken im Spielverlauf ergänzen, die die Experimente versäumen.

Ein Film, der die Bewegungen des zuvor gezeigten Proteins festhält, ist, als würde man das ganze American-Football-Spiel sehen. In diesem Fall sehen wir, wie sich eine Tasche bildet, die in der experimentellen Struktur fehlte.

Dies kann neue therapeutische Möglichkeiten eröffnen. In unserem jüngsten papper haben wir beispielsweise ein Protein des Ebola-Virus simuliert, das normalerweise als „nicht medikamentös angreifbar“ eingestuft wird, da die Momentaufnahmen aus den Experimenten keine offensichtlichen Bindungsstellen für Medikamente haben. Aber unsere Simulationen haben eine alternative Anordnung aufgezeigt, die eine solche Stelle aufweist. Wichtig ist, dass unsere anschließend durchgeführten Experimente unsere berechnete Vorhersage bestätigt haben, und dass wir nun nach Medikamenten suchen, die sich an diese neu entdeckte Stelle binden.

Eine experimentelle Anordnung eines Ebola-Proteins hat keine offensichtlichen Stellen, die durch Medikamente angreifbar sind (keine tiefen Taschen zwischen den als Kugeln dargestellten Atomen). Unsere Simulationen haben jedoch eine Bewegung erfasst, die eine solche Stelle in diesem Ebola-Protein schafft. Anstatt Kugeln für Atome zeigt diese Skizze ein Band, das die lineare Kette von Aminosäuren (Chemikalien) nachstellt, aus denen das Protein besteht.

Wir wollen dasselbe mit dem Coronavirus tun.

Das Wissen verbreiten, Open Source

Wenn wir mit unserer Analyse fertig sind, laden wir die Daten hier hoch:

Darüber hinaus machen wir alle Daten öffentlich zugänglich, damit andere Personen, die in diesem Bereich arbeiten, unsere Analysen jederzeit überprüfen und mit neuen Methoden (z.B. dem sich ständig weiterentwickelnden „Machine Learning“) untersuchen können: https://osf.io/2h6p4/wiki/home/ und https://osf.io/dp4cb/wiki/home/

Wir arbeiten auch mit anderen Laboren und Gruppen außerhalb des Foldingathome-Konsortiums zusammen, um COVID-19 so schnell wie möglich zu knacken.

Was Sie tun können

1. Rechenleistung spenden:

Folding@home herunterzuladen und uns bei der Ausführung von Simulationen zu helfen ist die hauptsächliche Weise, um einen Beitrag zu leisten. Diese Berechnungen sind riesig und jedes bisschen hilft! Jede Simulation, die Sie ausführen, ist wie einen Lottoschein zu kaufen. Je mehr Tickets wir kaufen, desto besser sind unsere Chancen, den Jackpot zu knacken. Normalerweise wird Ihr Computer nie untätig sein, aber wir haben eine so begeisterte Reaktion auf unsere Arbeit rund um COVID-19 erfahren, dass Sie gelegentlich Pausen sehen werden, während wir uns beeilen, weitere Simulationen einzurichten. Bitte haben Sie Geduld mit uns! Es gibt eine Menge wertvoller Wissenschaft zu tun, und wir machen sie schnellstmöglich verfügbar.

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Um vornehmlich an COVID-19 zu forschen, können Sie die Projekt-Kategorie in Ihrem FAH-Client auf „COVID-19“ setzen.

2) Falls Sie keine Computer haben, deren Rechenleistung Sie beisteuern können oder falls Sie sich besonders großzügig zeigen wollen, können Sie über die Washington University in St. Louis auch eine Spenden machen Diese Geldmittel haben eine Vielzahl von Verwendungszwecken, darunter:

2.1) Unterstützung unseres Software-Engineerings und unserer serverseitigen Hardware (besonders wichtig im Moment, da wir schnell wachsen!)

Kauf von chemischen Verbindungen zur experimentellen Überprüfung der Erkenntnisse aus unseren Simulationen.

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