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NVIDIA hilft mit: Neuer Durchbruch in der Coronavirus-Forschung dank GPU-beschleunigter Software

Mittlerweile ist die Zahl der weltweiten Corona-Infizierten (2019-nCoV) auf über 100.000 Fälle angestiegen. Grenzen übergreifend wird mit Hochdruck an einer schnellen und nachhaltigen Lösung gearbeitet. Eines der Forscherteams konnte nun einige Durchbrüche erzielen, in dem ein erstes 3D-Modell des Erregers im atomaren Maßstab, dank computergestützter Berechnung, erstellt werden konnte.

Dazu hieß es von den Forschern: “2019-nCoV nutzt ein dicht glykosyliertes, spitzes (S)-Protein, um in die Wirtszellen einzudringen. Dieser ist das Schlüsselziel für die Herstellung von Impfstoffen, therapeutischen Antikörper und genauer Diagnostik.”

Jason S. McLellan, Professor für molekulare Biowissenschaften, links, und der promovierte Student Daniel Wrapp, rechts, arbeiten im McLellan-Labor an der University of Texas in Austin. Quelle: die Universität von Texas in Austin.

Jason McLellan, der führende Professor an der UT Austin, der die Arbeit leitete, hat jahrelang andere Coronaviren studiert. Darunter auch SARS und MERS. Die bisherigen Erfahrungen verschafften seinem Team einen (zeitlichen) Vorteil bei der Identifizierung von Schlüsselmerkmalen des neuen Virus.

Das neue Detailbild stützt sich auf die mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Kryo-Elektronenmikroskopie, auch Kryo-EM genannt, um die Struktur des Proteins abzubilden. Dazu fertigten die Wissenschaftler viele Kopien des Virusmoleküls an, die in einer dünnen Eisschicht eingefroren sind. Das Eis wird dann in einem Elektronenmikroskop abgebildet, woraus wiederum über 100.000 2D-Projektionsbilder des Moleküls erzeugt werden. Das Team verwendete dann eine GPU-beschleunigte Software, cryoSPARC, um daraus ein plastisches 3D-Konstruk des gesamten Moleküls zu erstellen.

CryoSPARC wurde von dem in Toronto ansässigen Start-up-Unternehmen Structura Biotechnology entwickelt, das aus einem Forschungsprojekt der Universität Toronto hervorgegangen ist. Die Anwendung verwendet CUDA sowie CUDA-Bibliotheken und setzt auf NVIDIAs V100- und NVIDIA T4-GPUs. Die Rechenleistung wird sowohl lokal von der Universität, als von Cloud-Service-Anbietern bereitgestellt. Insgesamt brauchten McLellan und sein Team 12 Tage, um von einer Rohprobe zur Erstellung der Abbildung im atomaren Maßstab zu gelangen.

Die Software kann akademischen Forschern und pharmazeutischen Unternehmen helfen, 3D-Proteinstrukturen schneller als bisher zu erstellen, so dass (zumindest einige) theoretische Annahmen bei der Arzneimittelentwicklung entfallen. Nach Angaben des Unternehmens wird die Software von über 400 Institutionen eingesetzt, darunter der Universität von Kalifornien, Berkeley, Krankenhäusern (mit Fokus auf erkrankte Kinder) und großen Labors.

“Die Offenlegung der Struktur von 2019-nCoV S sollte eine rasche Entwicklung medizinischer Gegenmaßnahmen zur Bewältigung der anhaltenden Krise ermöglichen”, erklärten die Forscher.

Für die nächste Phase der Arbeit plant McLellan, das Molekül zu verwenden, um die natürlich produzierten Antikörper von Patienten, die mit dem Coronavirus infiziert und erfolgreich geheilt wurden, zu isolieren.

“In ausreichenden Mengen könnten diese Antikörper helfen, eine Coronavirus-Infektion schon kurz nach der Ausbreitung zu behandeln”, erklärten die Forscher auf ihrer Seite.

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About the author

Jakob Ginzburg

Redaktion | Geschäftsführung | Vermarktung

Meistens eher im Hintergrund unterwegs, kümmere ich mich um den Geschäftsbetrieb und schreibe hin und wieder News sowie Reviews.




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