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Gemeinsam die Corona-Krise bewältigen

SARS-CoV-2 stellt die Gesellschaft und jeden Einzelnen vor immense Herausforderungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich erforschen, ebenso wie viele andere Wissenschaftler in der Helmholtz-Gemeinschaft und weltweit, das neuartige Corona-Virus.

So entwickeln sie zum Beispiel mathematische Modelle zur Dynamik des Corona-Ausbruchs in Deutschland, mit denen sie auch den Effekt von Maßnahmen zur Eindämmung simulieren können. Ebenso stellen sie Infrastruktur zur Verfügung, um beispielsweise die Wirkung potenzieller Medikamente computergestützt zu simulieren oder sie untersuchen und entwickeln konkret einzelne Wirkstoffkandidaten. Indem sie die Auswirkungen von Covid-19 auf den Geschmacks- und Geruchssinn untersuchen, beteiligen sie sich zudem an der Erforschung des Krankheitsverlaufs der Infektion.

Auf dieser Seite ist zusammengefasst, wie Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Bewältigung der Corona-Krise arbeiten. In Interviews kommen Forscherinnen und Forscher zu Wort. Es folgen die einzelnen Beiträge im Detail.


Forschungszentrum hilft, die Corona-Krise zu bewältigenForschungszentrum hilft, die Corona-Krise zu bewältigen
Copyright: Pixabay / PIRO4D

Jülicher Experten im Interview

"Wir müssen auf Sicht fahren"

Wolfgang Marquardt

Die Nationalakademie Leopoldina und die Helmholtz-Gemeinschaft bewerten in aktuellen Stellungnahmen die Lage und geben Empfehlungen zum weiteren Vorgehen. Prof. Wolfgang Marquardt, Vorstandsvorsitzender des Forschungszentrums Jülich und Mitautor bei beiden Stellungnahmen, äußert sich zu den skizzierten Strategien und ihrem Verhältnis zueinander.
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"Niemand darf allein gelassen werden"

Prof. Katrin Amunts

Der Corona-Virus konfrontiert unsere Gesellschaft mit weitreichenden ethischen Konflikten. Zur Orientierung und als „Leitfaden“ für diese Herausforderungen hat der Deutsche Ethikrat unter dem Titel „Solidarität und Verantwortung in der Corona-Krise“ eine Ad-hoc-Empfehlung veröffentlicht. Die renommierte Hirnforscherin Prof. Katrin Amunts vom Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin ist stellvertretende Vorsitzende des Deutschen Ethikrats und erläutert in einem Interview die zentralen Punkte der Empfehlung.
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Katrin Amunts zu Veränderungen in der Gesellschaft durch die Corona-Krise

Prof. Katrin Amunts, Leiterin des INM-1, äußert sich in einem Interview auf helmholtz.de zusammen mit zwei weiteren Wissenschaftlern der Helmholtz-Gemeinschaft zu den sozialen und gesellschaftlichen Auswirkungen der COVID-19-Pandemie. Zum Interview


"Milliarden von Molekülen gegen die Proteine des Corona-Virus"

Prof. Paolo Carloni

Das Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Computational Biomedicine, konzentriert sich eigentlich auf die molekulare Neurobiologie und das Design neuroaktiver Medikamente. Die Pandemie hat Prof. Giulia Rossetti und Prof. Paolo Carloni jedoch dazu veranlasst, einen Teil ihrer Ressourcen auf die Forschung zum Corona-Virus umzuleiten. Durch ihre Beteiligung am EU-Projekt „EXSCALATE4COV“ arbeiten sie daran, Milliarden von Molekülen gegen die Proteine des Corona-Virus zu screenen.
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„Es gibt bei uns schon Grundlagenforschung, auf die wir aufbauen können.“

Prof. Dieter Willbold

Verhindern, dass das Corona-Virus an Wirtszellen andocken, mit ihnen verschmelzen und sich dadurch verbreiten kann: Das steht, kurz und knapp, im Zentrum der aktuellen Forschung der Strukturbiochemiker am Jülicher Institut für Biologische Informationsprozesse. Sie entwickeln einen Liganden, ein spezifisch bindendes Molekül, das ein bestimmtes Bindungs-Protein des Virus vom Rezeptor einer Wirtszelle verdrängt. Ein Interview mit Prof. Dieter Willbold, dem Direktor des Instituts.
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Mathematische Modelle zur Dynamik des Corona-Ausbruchs

Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC) im Forschungszentrum Jülich

„Vordringlich bringen wir jetzt Experten aus unserem wissenschaftlichen Netzwerk zusammen, um möglichst schnell präzise Daten zur Ausbreitung des Virus und zur Entwicklung von Medikamenten zu erhalten. Ich rechne im Augenblick damit, dass wir schon bald erste Ergebnisse haben werden“, sagt Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC) im Forschungszentrum Jülich, auf der Seite der Helmholtz-Gemeinschaft.
Zum Beitrag auf der Helmholtz-Website


Die Projekte im Detail

1. Mathematische Modelle zum COVID-19-Ausbruch in Deutschland

Gemeinsam mit der Universität Heidelberg und dem FIAS in Frankfurt sollen in diesem geplanten Projekt mathematische Modelle entwickelt werden, mit denen die Dynamik des laufenden Ausbruchs in Deutschland reproduziert und die Auswirkungen von Kontrollmaßnahmen simuliert werden können. Ziel des Projektes ist es, die laufende Pandemie zu verstehen und zu kontrollieren, sowie dazu beizutragen, zukünftige Pandemien zu verhindern.

Mit den Untersuchungen soll es ermöglicht werden:

  • den Zeitpunkt vorherzusagen, zu dem der laufende Ausbruch in Deutschland und ggf. weiteren Regionen einen Höhepunkt erreichen wird
  • das Ende der gegenwärtigen Epidemie vorherzusagen
  • die kumulative Anzahl von Infektionen/Todesfällen zu schätzen.

Diese drei Punkte werden unter verschiedenen Szenarien betrachtet, wobei die Wirkung von Interventionsmaßnahmen simuliert wird, wie

  • die Reduzierung der Kontakte von Mensch zu Mensch (Schließung von Schulen, Einführung von Home-Office, ...)
  • Früherkennung (insbesondere von leichten Fällen) und Quarantäne
  • die Verbesserung der Behandlung von infizierten Patienten und die Verbesserung der Kapazität der Intensivstationen in Krankenhäusern
  • Lockerung der Kontrollmaßnahmen, wie z.B. die Wiedereinführung von Mensch-zu-Mensch-Kontakten usw.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich konnten für ihre Arbeit unter anderem auch auf vom Robert Koch-Institut bereitgestellte Daten zurückgreifen und danken dem RKI für seine Unterstützung.

Kontakt / Beteiligung:

Prof. Thomas Lippert
Tel.: +49-2461-61-2200
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de

Prof. Volker Lindenstruth, FIAS
Goethe Universität Frankfurt
E-Mail: voli@compeng.de

Dr. Maria Barbarossa
Universität Heidelberg
E-Mail: barbarossa@uni-heidelberg.de

2. Mit Exascale gegen Corona V

Das Projekt EXSCALATE4CORONAVIRUS (E4C) umfasst eine enge Zusammenarbeit zwischen drei der größten Supercomputing-Zentren in der EU (CINECA in Italien, das Supercomputing-Zentrum Barcelona in Spanien und das Supercomputing-Zentrum des Forschungszentrums Jülich in Deutschland) sowie einem Pharmaunternehmen und mehreren Universitäten und Forschungsinstituten. Dazu gehört auch das Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Computational Biomedicine (INM-9). Das E4C-Team verwendet Supercomputer, um molekulare Simulationen und in silico, d.h.unter Verwendung von speziellen Programmen bzw. Algorithmen biochemische und phänotypische Screenings von vorhandenen Medikamenten gegen SARS-CoV-2 durchzuführen. Dieser Ansatz ermöglicht eine schnelle Analyse der Simulationsergebnisse und verkürzt die Zeit, die für die Entdeckung neuer therapeutischer Wirkstoffe benötigt wird. Die EXSCALATE-Plattform ermöglicht ein virtuelles Screening im Exascale-Maßstab und damit die Bewertung von Milliarden von Molekülen gegen mehrere Targets innerhalb weniger Wochen. Dies ist besonders nützlich für pandemische Viren wie das Corona-Virus, bei denen die sofortige Identifizierung wirksamer Behandlungen von größter Bedeutung ist.

Das E4C-Team wurde im Rahmen der EU-Aufforderung finanziert: H2020-SC1-PHE-CORONAVIRUS-2020: Förderung des Wissens über die Reaktion der klinischen und öffentlichen Gesundheit auf die nCoV-Epidemie 2019.

Kontakt

Prof. Giulia Rossetti
E-Mail: g.rossetti@fz-juelich.de

Prof. Paolo Carloni
E-Mail: p.carloni@fz-juelich.de

Beteiligung:

  • Dompé Farmaceutici SPA, Italien (Koordinator: Andrea Beccari)
  • POLYTECHNIKUM MAILAND /Abteilung für Elektronik, Information und Biotechnik, Italien
  • CINECA INTERUNIVERSITÄRES KONSORTIUM /Innovation und Anwendungen im Supercomputing, Italien
  • Universität Mailand / Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften, Italien
  • KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN, Belgien
  • Internationales Institut für Molekular- und Zellbiologie in Warschau, Polen
  • Electra Italienische kristallographische Vereinigung, ELEKTRONIK, Italien
  • Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, Deutschland
  • Nationales Institut für Infektionskrankheiten, Italien
  • Bsc Supercomputing-Zentrum, Spanien
  • Forschungszentrum Jülich GmbH
  • Universität von Neapel, Italien
  • Universität Cagliari, Italien
  • SIB Schweizerisches Institut für Bioinformatik, Schweiz
  • KTH KÖNIGLICHE TECHNISCHE HOCHSCHULE, Fachbereich Angewandte Physik, Schweden
  • Vereinigung BigData, Italien
  • Istituto Nazionale Di Fisica Nucleare, Italien
  • Chelonia, Schweiz

Weitere Informationen:

Projektinformationen EXSCALATE4CoronaVirus

3. Rechenzeit für Corona-Virus-Forschung

Im Rahmen einer gemeinsamen Initiative der Gauss-Zentren, bietet das Jülich Supercomuting Centre auf seinen HPC-Anlagen Rechenzeit und Unterstützung für die Erforschung des COVID-19-Virus an. Ressourcen für Studien, die sich mit der Verbreitung des Virus oder mit Forschung auf medizinischer oder molekularer Ebene befassen, werden unbürokratisch und schnell entsprechenden Experten angeboten.

Kontakt:

Prof. Thomas Lippert
Tel.: +49-2461-61-2200
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de

4. Forschungen zur Wirkstoffentwicklung gegen SARS-CoV-2

Strukturbiochemiker am Jülicher Institut für Biologische Informationsprozesse entwickeln ein spezifisch bindendes Molekül (Ligand), welches ein bestimmtes Bindungs-Protein des Corona-Virus (recognition binding domain des viralen Spike-Proteins) vom Rezeptor (ACE2) der Wirtszelle verdrängt. Dadurch kann der Virus nicht mehr an die Zelloberfläche andocken und mit der Wirtszelle verschmelzen. Mithilfe der NMR Spektroskopie können Konformationsänderungen des Bindungsproteins auf der Hülle des Corona-Virus mit atomarer Auflösung untersucht werden. Außerdem wird die 3-D Struktur eines weiteren viralen Proteins (ORF8) entschlüsselt und untersucht, wie dieses Protein gehemmt werden kann, um sich nicht weiter vermehren zu können. In einem dritten Projekt wird untersucht, wie ein virales Enzym (3C-like Protease) gehemmt werden kann, welches das Virus ebenfalls zur Vermehrung benötigt.

Kontakt / Beteiligung:

Prof. Dieter Willbold
Tel.: 02461 61-2100
E-Mail: d.willbold@fz-juelich.de

Dr. Jeannine Mohrlüder, Dr. Monika Coronado, Marc Sevenich, Nils-Alexander Lakomek (Forschungszentrum Jülich)
Prof. Dr. Christian Drosten (Charite, Berlin)

5. Schnellzugang zu Messungen mit Neutronen für Forschung an SARS-CoV-2

Forscher weltweit bemühen sich, Medikamente oder einen Impfstoff gegen das Corona-Virus SARS-CoV-2 zu entwickeln. Auch das Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) bietet angesichts der Corona-Pandemie gesonderten Zugang zu Messungen mit Neutronen, die wichtigen Einblick in das Verhalten des Virus geben können. Am MLZ betreibt das Jülich Centre for Neutron Science, zum Teil in enger Kooperation mit Partnern, Neutronenstreuinstrumente, mit denen sich die Struktur und Dynamik biologischer Proben untersuchen lassen.

Wissenschaftler, die Neutronen nutzen möchten, um das Corona-Virus SARS-CoV-2 oder die Krankheit COVID-19 zu erforschen, erhalten einen gesonderten und privilegierten Zugang. Sie müssen nicht Messzeitanträge auf dem üblichen Weg stellen. "Forschung zu dem Corona-Virus SARS-CoV-2 und an der Krankheit COVID-19 hat momentan Vorrang vor allen anderen Messzeitanträgen am MLZ", sagt Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum, wissenschaftlicher Direktor des FRMII. Deshalb hat das MLZ mit sofortiger Wirkung einen Schnellzugang für die Forschung rund um das Corona-Virus SARS-CoV-2 eingerichtet. Gastwissenschaftler wenden sich mit entsprechenden Messzeitanträgen direkt an das User Office. Es erfolgt dann schnellstmöglich eine wissenschaftliche Begutachtung des Messzeitantrags.

Die fortschrittlichen Neutronenquellen Europas werden einen wesentlichen Beitrag zur Bekämpfung des SARS-CoV-2-Virus leisten. Lesen Sie hier über die Maßnahmen anderer Mitglieder der Liga der fortgeschrittenen europäischen Neutronenquellen (LENS) in Bezug auf spezielle Zugangskanäle für SARS-CoV-2-Forscher.

Kontakt:

Prof. Dr. Stephan Förster,
Telefon: 02461 61-85161
E-Mail: s.foerster@fz-juelich.de

Jülicher Zentrum für Forschung mit Neutronen (JCNS)

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ)

6. Mit Quanten-Cloud gegen COVID-19

Das Forschungszentrum Jülich hat sich gemeinsam mit mehreren anderen internationalen Forschungseinrichtungen und Unternehmen einer Initiative des kanadischen Quantencomputer-Herstellers D-Wave Systems Inc. angeschlossen, um Forscherinnen und Forscher bei der Entwicklung von Lösungen zur Bekämpfung der Corona-Pandemie zu unterstützen. D-Wave verschafft Nutzern, die zu COVID-19 forschen, auf diese Weise ab sofort freien Zugang zu Quantencomputer-Systemen.

"Hybride quanten-klassische Computersimulationen scheinen ein vielversprechender Ansatz zu sein, um die Lösung komplexer Probleme in der Pharmakologie und Epidemiologie, wie sie etwa in der gegenwärtigen COVID-19-Krise auftreten, zu beschleunigen", erklärt Prof. Kristel Michielsen vom Jülich Supercomputing Centre. "Um die Leistung im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und Optimierung effizient auszuschöpfen, integrieren wir das D-Wave-System in unsere modulare Supercomputer-Umgebung, sodass es in einem hybriden Modus gemeinsam mit klassischen Supercomputern genutzt werden kann.

Kontakt:

Prof. Thomas Lippert
Tel.: +49-2461-61-2200
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de

Prof. Kristel Michielsen
Tel.: +49 2461 61-2524

Pressemitteilung: Quanten-Cloud soll Forscher im Kampf gegen COVID-19 unterstützen

7. Erforschung von Geruchs- und Geschmacksstörungen bei COVID-19

Ein internationales Team hat eine weltweite Onlinebefragung zu Riech- und Schmeckstörungen im Zusammenhang mit COVID-19 zusammengestellt. Die Umfrage soll ermöglichen, die Symptome einer Infektion mit dem neuartigen Corona-Virus von anderen Atemwegserkrankungen abzugrenzen. An dem Projekt sind über 500 Wissenschaftler, Kliniker und Patientenvertreter aus 38 Ländern beteiligt.

"Die Ergebnisse können dabei helfen, auf zukünftige Epidemien besser vorbereitet zu sein", erklärt Kathrin Ohla vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin. "Und sie können gegebenenfalls die medizinische Versorgung der Betroffenen zu unterstützen, mittel- oder langfristig." Die Onlineumfrage wird in mehr als 20 Sprachen übersetzt und Einzelpersonen und Klinikern auf der Website des Global Consortium for Chemosensory Research (GCCR) zur Verfügung gestellt.

Onlinebefragung in deutscher Sprache

Webseite des GCCR

Ansprechpartner:

Dr. Kathrin Ohla
Leiterin der Arbeitsgruppe "Kognitive Neurophysiologie"
Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-3)
Telefon: 02461 61-4548
E-Mail: k.ohla@fz-juelich.de

Prof. Dr. med. Thomas Hummel
Interdisziplinäres Zentrum Riechen und Schmecken
HNO Klinik, Technische Universität Dresden
Telefon: 0351 458 4189
E-Mail: thummel@msx.tu-dresden.de

Beteiligung:

Initiiert wurde die Befragung durch das Global Consortium for Chemosensory Research (Globales Konsortium für chemo-sensorische Forschung, GCCR). Der GCCR-Führungsausschuss (in alphabetischer Reihenfolge) setzt sich derzeit zusammen aus:

John Hayes, PhD, Penn State, USA
Thomas Hummel, MD, Technische Universität Dresden, Deutschland
Chrissi Kelly, Founder, AbScent.org, Großbritannien
Steve Munger, PhD, University of Florida, USA
Masha Niv, PhD, The Hebrew University of Jerusalem, Israel
Kathrin Ohla, PhD, Forschungszentrum Jülich, Deutschland
Valentina Parma, PhD, Temple University, USA
Danielle Reed, PhD, Monell Chemical Senses Center, USA
Maria Veldhuizen, PhD, Mersin University, Türkei

Von deutscher Seite sind Dr. Kathrin Ohla (Jülich) und Prof. Thomas Hummel (Dresden) im Führungsteam vertreten. Gemeinsam mit Prof. Antje Welge-Lüssen Lemcke (Basel), Dr. Michael Schmuker (Hatfield), Prof. Jessica Freiherr (Erlangen/Freising) haben Sie die Umfrage in deutscher Sprache auf den Weg gebracht.

Beiträge weiterer Helmholtz-Zentren

Weitere Infos zu den Beiträgen der Helmholtz-Gemeinschaft zur Corona-Forschung: https://www.helmholtz.de