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Forschungsprojekt Folding@home : Das Virus berechnen

  • -Aktualisiert am

Gregory Bowman, Direktor von Folding@home, blickt auf eine Proteinanimation. Bild: Matt Miller/ Washington University School of Medicine

Biochemische Labore forschen mit Supercomputern an Krankheiten. Ein Labor aus Amerika setzte auf freiwillige Unterstützer – und verfügt heute über mehr Rechenkapazität als die 500 schnellsten Supercomputer der Welt zusammen.

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          Vijay Pande, ein amerikanischer Professor der Biochemie, gründete im Jahr 2000 an der Stanford University ein Projekt, das heute, zwanzig Jahre später, zu einer wichtigen Plattform im Kampf gegen das Coronavirus geworden ist. Das Programm nennt sich Folding@home und wird mittlerweile von einem Laborteam an der Washington University in St. Louis geführt. Das Projekt nutzt die vereinte Computerleistung vieler Freiwilliger, um komplexe biochemische Simulationen von Proteinen zu berechnen. Normale Computer benötigten für diesen Vorgang Hunderte, Tausende oder gar Millionen Stunden, sagt Gregory Bowman. Er arbeitet seit mehr als vierzehn Jahren mit Pande an diesem Projekt und hat vor einem Jahr die Leitung übernommen.

          Bowman vergleicht die Simulationen, die Folding@home durchführt, mit der Erstellung dreidimensionaler Filme: „Proteine sind Eiweißmoleküle. Sie bestehen aus Hunderten Chemikalien, welche sich gegenseitig anziehen und abstoßen.“ Dieser Proteinfaltung genannte Vorgang ermögliche es den Eiweißmolekülen, spezifische Strukturen anzunehmen, sagt Bowman. „Das ist so, als würden Sie sämtliche Bauteile eines Autos auf den Boden legen, die sich dann selbständig zu einem funktionstüchtigen Fahrzeug verbinden.“

          Crowdsourcing für die Wissenschaft

          Proteinfaltung ist für unzählige chemische Reaktionen innerhalb eines Lebewesens zuständig und ermöglicht so biologische Entwicklung. Normalerweise studiert Bowmans Team jedes Protein einzeln. Wenn allerdings mehrere Proteine miteinander interagierten, sei eine andere Vorgehensweise nötig: „Der Erreger Covid-19 besteht zum Beispiel aus drei Proteinen. Dann wollen wir herausfinden, wie sie sich gegenseitig beeinflussen.“

          Die Simulation dieser Prozesse kann Rückschlüsse auf die Entstehung und Wirkung vieler Krankheiten ermöglichen. So weiß man heute, dass Alzheimer, Parkinson und Krebs durch fehlerhafte Proteinfaltung ausgelöst werden können. Folding@home erzielte in der Vergangenheit spannende Erkenntnisse für die Bekämpfung resistenter Keime und verschiedener Viren, darunter auch das Ebolavirus.

          Bowmans Team setzt seit jeher auf Crowdsourcing, um diese komplexen Berechnungen durchzuführen. Das heißt, jeder, der will, kann etwas zu den Ressourcen des Projektes beitragen. So können alle, die das gleichnamige Programm Folding@home auf ihren Computer herunterladen, Rechenleistung für das Forschungsprojekt bereitstellen: „Je mehr Computer und je schneller sie sind, desto besser für die Wissenschaft“, sagt Bowman.

          Und so ergibt es sich, dass Videospiel-Enthusiasten und Kryptowährung-Miner dabei einen Großteil der gesamten Rechenkapazität zur Verfügung stellen, weil sie leistungsstarke Computer benötigen. Dennoch ist für Bowmans Team prinzipiell jeder Rechner eine Hilfe: „Unsere Algorithmen zerstückeln die Berechnungen in kleine Teile, die einzeln auf nahezu allen Computern laufen können.“

          Das Hubble-Teleskop der Biomedizin

          Vor der Corona-Krise schöpfte Bowmans Team Rechenkapazität aus durchschnittlich 30.000 aktiven Geräten: „Um interessante Ergebnisse zu erzielen, waren damit etwa ein bis drei Monate Simulationsdauer nötig.“ Doch nach dem Ausbruch der Pandemie habe man die meisten Projekte heruntergefahren, um die gesamte Leistung in die Erforschung von Covid-19 zu investieren.

          Das blieb nicht unbeachtet: Weltweit erhielt Folding@home Zuspruch für seinen Kampf gegen die Pandemie – mittlerweile kann das Laborteam mit rund zwei Millionen aktiven Geräten arbeiten: „Die Dinge entwickeln sich mit einer wahnsinnigen Geschwindigkeit“, sagt Bowman. „Es ist unfassbar, wie viele Menschen zusammengekommen sind, um uns zu unterstützen. Gewissermaßen haben sie uns zum Hubble-Teleskop der Biomedizin gemacht.“

          Mit dieser geballten Leistung erziele das Team in einer Woche so viele Ergebnisse, wie vor der Corona-Krise in etwa vier Monaten. Bereits jetzt verfügt das Crowdsourcing-Projekt über mehr Rechenkapazitäten als die 500 schnellsten Supercomputer der Welt zusammengenommen. Und immer mehr Menschen, aber auch Forschungseinrichtungen, wie etwa das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, steuern ihren Teil dazu bei.

          Bowman will aber auch auf Chancen für die Erforschung anderer Krankheiten hinweisen: „Wir hoffen, dass uns viele, die in den letzten Wochen an Bord gekommen sind, auch nach der Corona-Krise erhalten bleiben.“ Denn das jetzige Potential eröffne ungeahnte Möglichkeiten für die Erforschung von Krankheiten aller Art. Deshalb appelliert Bowman daran, Folding@home nicht als reine Plattform gegen das Coronavirus zu sehen: „Wir sind eine Plattform, die biomedizinische Probleme lösen kann.“

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