Was kann man tun, außer im Büro und zu Hause hocken, sich die Hände waschen und die Nachrichten verfolgen? Nun, wer (quasi) aktiv etwas gegen das Coronavirus tun will, der kann dem Aufruf von Wissenschaftlern der Universität Stanford folgen. Denn diese bitten derzeit Unterstützer auf der ganzen Welt, ihnen Rechenkapazität für die Forschung an Therapien gegen das neuartige Coronavirus zur Verfügung zu stellen.
FOLDING @ HOME-UPDATE ZU SARS-COV-2 (10. MÄRZ 2020)
Dies ist ein Update zu den Bemühungen von Folding @ home, Forschern auf der ganzen Welt dabei zu helfen, den globalen Kampf gegen COVID-19 aufzunehmen .
Nach anfänglichen Qualitätskontrollen und begrenzten Testphasen hat das Folding @ home-Team eine erste Welle von Projekten veröffentlicht, in denen potenziell druggierbare Proteinziele aus SARS-CoV-2 (dem Virus, das COVID-19 verursacht) und dem zugehörigen SARS-CoV-Virus (für das) simuliert werden Weitere Strukturdaten sind verfügbar) für die vollständige Produktion auf Folding @ home. Vielen Dank an die große Anzahl von Folding @ home-Spendern, die uns bisher im Beta- oder Advanced-Modus unterstützt haben.
Diese erste Welle von Projekten konzentriert sich auf ein besseres Verständnis, wie diese Coronaviren mit dem menschlichen ACE2-Rezeptor interagieren, der für den Viruseintritt in menschliche Wirtszellen erforderlich ist, und wie Forscher in der Lage sein könnten, sie durch das Design neuer therapeutischer Antikörper oder kleiner Moleküle, die möglicherweise stören, zu stören ihre Interaktion.
Wir hoffen, in den kommenden Tagen einige der neuen strukturbiologischen und biochemischen Daten nutzen zu können, die von Forschern auf der ganzen Welt, die daran arbeiten, diese Viren und Strategien zu ihrer Bekämpfung zu verstehen, schnell veröffentlicht werden. Diese Arbeit wurde größtenteils von Preprint-Servern wie bioRxiv und chemRxiv verbreitet , die darauf abzielen, die Forschung anderen Forschern und der Öffentlichkeit schnell zur Verfügung zu stellen, damit andere Wissenschaftler sie umfassend bewerten und sofort darauf aufbauen können. Wir haben auch mehrere neue Kooperationen mit anderen Labors geschlossen, in denen wir hoffen, dass Folding @ home wertvolle Unterstützung bei den COVID-19-Forschungsbemühungen bietet.
Während wir die Simulationsdatensätze schnell für andere zur Verwendung oder Analyse freigeben werden, möchten wir nach alternativen Konformationen und versteckten Taschen innerhalb der vielversprechendsten Wirkstofftargets suchen, die nur in der Simulation und nicht in statischen Röntgenstrukturen zu sehen sind. Wir hoffen, dass diese Strukturen – sobald sie durch neu auftretende zusammengesetzte Screening-Daten validiert wurden – dazu beitragen können, die virtuellen Screening-Kampagnen oder das Targeting neuer Taschen zu steuern, für die noch keine atomistischen Strukturen verfügbar waren.
Nachfolgend finden Sie kurze Beschreibungen der Projekte. Beachten Sie, dass alle Eingabedateien hier auf GitHub verfügbar gemacht werden, damit andere Forscher Folgendes nutzen können:
https://github.com/foldingathome/coronavirus
Dieses Repository wird sich in den kommenden Tagen weiterentwickeln, wenn wir weitere Projekte und Dokumentationen hinzufügen. Wir werden Datensätze mit Strukturen auf öffentlich verfügbaren Servern veröffentlichen, sobald wir nützliche Daten zu melden haben.
Alle Projekte verwenden den neuen GPU-beschleunigten Core22, der auf der Open-Source- OpenMM- Engine für biomolekulare Simulationen basiert . Quelle: https://foldingathome.org/2020/03/10/covid19-update/
„Verteiltes Rechnen“ und „Quantencomputer“
Habe mich den Projekten Folding@home und Rosetta@home angeschlossen. Zumal ich schon vor 20 Jahren auf die Projekte und der Software gestoßen bin und sehr begeistert von der Idee war. Installation hat 5 Minuten gedauert und Angemeldet bin ich auch bei beiden Projekten.
Ich werde es auch nach der Corona-Pandemie im Hintergrund auf den PC laufen lassen. Übrigens wäre es jetzt toll für die Forschung Quantencomputer zunutzen, wird höhste Zeit.
Die Wissenschaftler erhoffen sich von Quantencomputern Durchbrüche in vielen rechenintensiven Disziplinen, etwa bei der Erforschung neuer Medikamente, bei der Entwicklung Künstlicher Intelligenz oder auch für die Optimierung von Lieferketten in der Logistik.
Und das funktioniert so: Gewillte Nutzer können ihre Computer über ein kleines Programm an „folding@home“ (FAH) teilnehmen lassen. Via so genanntem „Distributed Computing“ kann der eigene Rechner dann an der Erforschung des Andock-Prozesses des Virus am menschlichen Körper teilnehmen lassen. Das Komplizierte daran ist, dass das Spike-Protein, mit dem der Virus an Lungenzellen andockt, ständig eine Proteinfaltung („protein folding“) durchmacht und so permanent neue Formen annimmt.
Für Mac, Windows & Linux
Mit der folding@home-Software, die man am eigenen Rechner installiert, sollen ungenutzte CPU- und GPU-Rechenkapazitäten für die Forschung zugänglich gemacht werden. Als Nutzer kann man festlegen, ob der Computer nur verwendet wird, wenn man ihn gerade selbst nicht verwendet, oder ob nebenbei gerechnet werden kann. Verfügbar ist das kostenlose Programm für Linux, Windows und MacOS.
Insgesamt erhoffen sich die Stanford-Wissenschaftler, Erkenntnisse für ein Gegenmittel zu gewinnen. Die Software für verteiltes Rechnen (man sieht es ihr an) gibt es schon seit vielen Jahren – und wurde bisher schon dafür eingesetzt, um bei der Entwicklung von Therapien für Krankheiten helfen, die durch Proteinfaltung ausgelöst wurden. Insofern passt der jetzige Einsatz rund um COVId-19 sehr gut.
IBM Q System One: Fraunhofer holt Quantencomputer nach Baden-Württemberg
Der Quantencomputer IBM System One soll in Deutschland in der Nähe von Stuttgart aufgestellt werden. In diesem Jahr wird es aber nichts mehr.
Die Fraunhofer Gesellschaft und der Computerkonzern IBM haben eine Vereinbarung unterschrieben, um die Forschung zu Quantencomputern in Deutschland voranzutreiben. Dafür soll ein IBM-Quantencomputer der Serie „Q System One“ im Rechenzentrum des Konzerns in Ehningen bei Stuttgart stationiert werden. Es wird nach Angaben von Fraunhofer das erste seiner Art in Europa sein. Unter dem Dach der Fraunhofer Gesellschaft sollen Technologie, Anwendungsszenarien und Algorithmen erforscht werden. Außerdem soll in Wirtschaft und Wissenschaft in Deutschland Kompetenz aufgebaut und damit internationale Wettbewerbsvorteile hergestellt werden.
Mit dem Konzept der Quantencomputer reagiert die Branche auf die Tatsache, dass die bislang übliche Entwicklung von Hochleistungscomputern an ihre physikalischen Grenzen stößt. Während bei herkömmlichen Computern Bits jeweils den Zustand Null oder Eins annehmen, können bei Quantencomputern die Qbits gemäß der Quantenmechanik mehrere Zustände gleichzeitig darstellen – ein Paradox, das auch heute noch für Physiker eine große Herausforderung darstellt. Die Zustände der Qbits sind zudem sehr flüchtig und ändern sich schon allein bei der Betrachtung. Das Q-System One soll dagegen in der Lage sein, die Quantenzustände länger stabil zu halten und somit auch die kommerzielle Nutzung zu ermöglichen.
Quantencomputer können theoretisch um ein Vielfaches schneller und leistungsfähiger sein als herkömmliche Rechner. Noch sind sie aber eher Forschungsobjekte, eine kommerzielle Nutzung gab es bislang nicht.
Inbetriebnahme voraussichtlich 2021
Das System in Ehningen soll Anfang 2021 in Betrieb genommen werden. Dort befindet sich auch die IBM-Zentrale für Deutschland, Österreich und die Schweiz. Die Wissenschaftler erhoffen sich von Quantencomputern Durchbrüche in vielen rechenintensiven Disziplinen, etwa bei der Erforschung neuer Medikamente, bei der Entwicklung Künstlicher Intelligenz oder auch für die Optimierung von Lieferketten in der Logistik.
IBM hatte seinen „Q System One“ im Januar 2019 als ersten auch kommerziell nutzbaren Quantencomputer vorgestellt. Die Anlage besteht aus einer Kühl- und Leitungseinheit, der Cryostat, die wie ein Kandelaber aussieht. An dessen unteren Ende befindet sich der Quantenchip. Dahinter steht eine schrankgroße Steuereinheit, mit der die Signale zu den Qubits geschickt und auch wieder ausgelesen werden.
Die Fraunhofer Gesellschaft und IBM hatten bereits 2019 vereinbart, den Q System One nach Deutschland zu bringen. Damals war jedoch unklar, wo der Standort des Quantencomputers sein soll.
Folding@home: Coronavirus-Forschung – Stanford-Wissenschaftler bitten um Rechenressourcen
Wissenschaftler der Stanford University benötigen für ihre Coronavirus-Forschung viel Rechenkapazität, die über Distributed Computing erzielt werden soll.
Wissenschaftler der Gruppe folding@home (FAH) der US-amerikanischen Stanford University suchen weltweit Unterstützer, die Rechenkapazität für die Forschung an neuen Therapien gegen das neuartige Coronavirus (SARS-CoV-2) bereitstellen. Helfer können dazu eine Software herunterladen und installieren, die bei komplexen Berechnungen zum Coronavirus helfen soll.
Die Rechenkapazität der am Projekt teilnehmenden Rechner wird nach Angaben der Forscher dazu verwendet, um den Prozess der Infektion im menschlichen Körper über das Andocken des Virus über Proteine genauer zu entschlüsseln. Wie die Stanford Wissenschaftler beschreiben, dockt das aktuell grassierende Coronavirus über ein Spike-Protein, das sich an der Oberfläche des Virus befindet, an Lungenzellen an. Das Protein verändere sich allerdings ständig über Proteinfaltung (protein folding) und nehme dabei unterschiedliche Formen an. Um gegebenenfalls Antikörper und damit entsprechende Impfstoffe herstellen zu können, sei es notwendig, die unterschiedlichen Formen des Spike-Proteins zu kennen.
Ungenutzte Rechenpower gegen das Coronavirus
Um computergenerierte Modelle der Proteinstrukturen zu erstellen sei „viel Rechenpower“ notwendig, die über das vernetzte Rechnen (Distributed Computing) mit der folding@home-Software generiert wird. Die Software verwendet auf den Rechnern lediglich ungenutzte CPU- und GPU-Rechenpower, heißt es. Interessierte können die Software des folding@home-Projektes von der Website der Gruppe herunterladen. Die Software ist für Linux, Windows und MacOS verfügbar.
Das folding@home-Projekt wurde nach Angaben von FAH 2000 gestartet. Das Projekt für verteiltes Rechnen an der Stanford University soll bei der Entwicklung von Therapien für Krankheiten helfen, die durch protein folding ausgelöst werden.
Wissenschaftler arbeiten verschärft daran, einen Coronavirus-Impfstoff zu finden. Doch du musst nicht nur tatenlos rumsitzen und abwarten, sondern kannst dabei auch helfen.
Während viele nicht mehr wissen, wie sie sich richtig verhalten sollen und wie hoch die Gefahr um die gefürchtete Krankheit wirklich ist, arbeiten Forscher auf Hochtouren daran, einen Coronavirus-Impfstoff zu finden. Du selbst musst dabei nicht völlig untätig sein, sondern kannst sogar mithelfen, ein Heilmittel gegen das Virus zu finden.
Projekt Folding@home: (oft auch kurz F@H oder FAH) ist ein verteiltes Computerprojekt für die Krankheitsforschung, das die Proteinfaltung, die rechnergestützte Entwicklung von Medikamenten und andere Arten von Molekulardynamik simuliert. Das Projekt nutzt die ungenutzten Verarbeitungsressourcen von Hunderttausenden von Personalcomputern, die sich im Besitz von Freiwilligen befinden, die die Software auf ihren Systemen installiert haben.
Sein Hauptzweck ist die Bestimmung der Mechanismen der Proteinfaltung, d. h. des Prozesses, durch den Proteine ihre endgültige dreidimensionale Struktur erreichen, und die Untersuchung der Ursachen von Proteinfehlfaltungen. Dies ist von Interesse für die medizinische Forschung über Alzheimer, Huntington und viele Formen von Krebs, neben weiteren, anderen Krankheiten. In geringerem Umfang versucht Folding@home auch, die endgültige Struktur eines Proteins vorherzusagen und zu bestimmen, wie andere Moleküle mit ihm interagieren können, was sich auf die Entwicklung von Medikamenten auswirkt. Folding@home wird vom Pande Laboratory der Stanford University, gemeinnützig unter der Leitung von Prof. Vijay Pande entwickelt und betrieben und von verschiedenen wissenschaftlichen Einrichtungen und Forschungslabors weltweit gemeinsam genutzt. Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Folding@home
Rosetta@home: Coronavirus-Impfstoff – So kannst du bei der Suche helfen
Das Prinzip für die Suche nach einem geeigneten Coronavirus-Impfstoff ist ziemlich einfach und vor allem nicht neu: Im wissenschaftlichen Bereich wird das verteilte Rechnen oft eingesetzt, um schneller auf Ergebnisse zu kommen. Dafür musst du dir nur einen Client auf deinem Rechner installieren. So hilfst du an den Stellen aus, wo weitere Rechenleistung benötigt wird. Solche Möglichkeiten stellen Software wie BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) oder Folding@Home zur Verfügung.
Stelle die Rechenleistung deines PCs zur Verfügung
Ungenutzte Rechenleistung deines Computers kann ganz einfach für die Forschung eines Coronavirus-Impfstoffes zur Verfügung gestellt werden. Dafür musst du nicht einmal aktiv etwas machen, denn die Rechnungen laufen im Hintergrund ab.
So funktioniert BOINC:
- Du downloadest BOINC und installierst die Datei.
- Der Assistent erleichtert die Installation.
- Per BOINC Manager, der Client, kannst du deine Rechenzeit für verschiedene Projekte anbieten.
- Als neuer User musst du dir vorher ein Konto anlegen.
Hast du diese Schritte erledigt, kannst du dir ein Projekt aussuchen, dass sich auch mit dem Coronavirus-Impfstoff befasst. Darunter fällt beispielsweise Rosetta@home. Wähle das Projekt einfach in deiner Liste aus. Der BOINC Manager nimmt den Kontakt zum Projektserver auf und holt sich selbstständig die Aufgaben.
Wählst du „Erweiterte Ansicht“ aus, kannst du mehr Informationen zu den Aufgaben erhalten und auch die Statistiken einsehen. Es ist nicht möglich, gezielt Aufgaben, die den Coronavirus-Impfstoff betreffen, auszuwählen. Die Aufgaben werden zugewiesen. Benötigst du die Rechenleistung deine PCs selbst, kannst du die Projekte auch pausieren oder stoppen.
Projekt Rosetta@home: ist ein nichtkommerzielles Volunteer-Computing-Projekt, das mittels der Technik des verteilten Rechnens versucht, Proteinstrukturen und Proteinbindungen aus einer Aminosäuresequenz vorherzusagen.
Dabei werden Algorithmen entwickelt und getestet, die eine zuverlässige Strukturvorhersage ermöglichen. Eine akkurate Vorhersage von Proteinstrukturen könnte sich als sehr hilfreich für die Entwicklung von Heilverfahren für beispielsweise AIDS, Krebs, Malaria, Alzheimer und Virenerkrankungen erweisen. Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Rosetta@home
Fazit: Kampfansage statt Panik
Die Ausbreitung des Coronavirus ist eine ernste Sache. Dennoch sollte man sich nicht verrückt machen. Stattdessen ist die Suche nach einem Coronavirus-Impfstoff ein guter Versuch, der Krankheit den Kampf anzusagen. Trotzdem kann es noch eine Weile dauern, bis das passende Heilmittel gefunden wird. Wenn es hart auf hart kommt, könnte der Coronavirus-Horror so enden.
Christian Dauck 