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Mittwoch, 05.08.2020

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Wie eine Nürnbergerin versucht, Corona unschädlich zu machen

Die Suche nach dem richtigen "Schlüssel" - 09.07.2020 05:45 Uhr

Der Arbeitsplatz der Wissenschaftlerin: Im Chat mit den Kollegen kommt auch Humor nicht zu kurz.

© Foto: Sebastian Linstädt


Die Dachgeschosswohnung in zentraler Lage bietet zu zwei Seiten einen Blick über Nürnberg. Auf dem Balkon viel Grün. In den zahlreichen Bücherregalen Rollenspielregelwerke neben wissenschaftlichen Fachbüchern. Spätestens beim Blick auf den großen Esstisch wird klar: Hier leben Nerds.

Neben einer 3 D-Brille für die Playstation liegt ein N7-Aufnäher der Computerspielreihe "Mass Effect". Die N7 sind eine verschworene Spezialeinheit. Andrea Thorn würde gut zu dieser Truppe passen. Sie sagt Sätze wie: "Der Unterschied am Stachel des SARS-Virus und des neuen Coronavirus sind weniger als 50 Atome an der Spitze des Stachels, die aber die Infektion des neuen Virus ganz anders machen als die bekannte Infektion."

Eine neuere Darstellung des Coronavirus. Gut zu erkennen sind die unterschiedlichen Molekülstrukturen.

© Abbildung: Thomas Splettstößer / SciStyle.com


Thorn entwickelt Methoden für Strukturbiologie. Und ist damit eine von rund 1000 Personen auf der ganzen Welt, die nicht nur das chemische Know-how haben, eine Molekülstruktur zu isolieren. Sondern, die auch in Informatik so fit sind, die komplexen Berechnungen dazu in den Griff zu bekommen. "Der Coronavirus besteht, wie Zellen auch, aus Molekülen, die wiederum aus Atomen aufgebaut sind", erklärt Thorn. "Aber der Virus ist ziemlich klein und seine Moleküle sind zum größten Teil Proteine, also Eiweiße." SARSCoV-2 hat 28 solche Proteine. In den Virusdarstellungen, die man häufig sieht, sind das etwa die "Spikes", die Stacheln, die aus der Hülle herausragen.

All diesen Molekülen liegt eine Struktur zu Grunde

All diese Moleküle haben eine charakteristische, dreidimensionale Struktur. Erst, wenn die Wissenschaftler sie kennen, können sie ein Arzneimittel entwickeln, das die Funktion der Moleküle stört und das Virus damit unschädlich macht. "Wenn wir uns vorstellen, dass wir den Stachel blockieren können, dann könnte er nicht mehr an andere Wirtszellen andocken", sagt Thorn. Wenn der Virus aber erfolgreich in eine Zelle eindringt, kann er sich vervielfältigen und so noch mehr Zellen befallen. "Noch wissen wird allerdings erst bei 16 der Proteine wie sie strukturell aussehen."

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Die 37-Jährige mit den langen braunen Haaren und den schalkhaft blitzenden braunen Augen weiß genau, dass es ein äußerst komplexer Stoff ist, den sie hier serviert. Wenn sie spricht, hört man ein klein wenig, dass sie es in ihrem Arbeitsalltag gewohnt ist, Sätze in Englisch zu formulieren.

Warum es so wichtig ist, die Form der Bausteine genau zu kennen? Thorn holt weit aus: "Nur so können wir den Virus verstehen. Arzneimittel binden im Optimalfall so passgenau wie ein Schlüssel in ein Schloss an den Virus – aber dafür müssen wir die Molekülstruktur auch sehr genau kennen."


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Die Bausteine sind aber so klein, dass sie die Wissenschaftler unter dem Mikroskop nicht sehen können. "Wir können die Strukturen also nur messen – und dann in einem zweiten Schritt ein molekulares Modell bauen, das zu den Daten passt", sagt die Expertin. "Wir müssen etwas nachempfinden, was wir nicht sehen können – da gibt es viel Raum für Fehler."Die sogenannte Daten-Modell- Passung für die großen Moleküle liege derzeit bei etwa 75 Prozent, schätzt Thorn. Selbst eine Steigerung der Genauigkeit um nur fünf Prozent macht bei 170 000 bekannten Molekülstrukturen einen großen Unterschied aus. Die "Schlüssel" passen dann präziser ins "Schloss".

Thorns Job als Strukturbiologin ist es deswegen auch eigentlich, die Messmethoden zu verbessern und vor allem auch eine Software zu schreiben, mit der die dreidimensionalen Modelle an die Daten angepasst werden können. Hier kommt die 3 D-Brille vom Esstisch wieder ins Spiel: Mit ihr versucht Thorn, die dreidimensionale Darstellung der komplizierten Strukturen am Computer zu verbessern.

Strukturbiologin Andrea Thorn vor einer Tafel in ihrem Homeoffice, von dem aus sie ein internationales Team von Spitzenkräften im Kampf gegen das Coronavirus koordiniert.

© Foto: Sebastian Linstädt


Komplexe Strukturen auflösen ist das, was Thorn nach ihrem Abschluss an der Uni Erlangen-Nürnberg zunächst in Göttingen gemacht hat, wo sie promovierte. Und später dann in Cambridge und Oxford, wo sie bereits gelehrt hat. Nach der familiär begründeten Rückkehr nach Nürnberg ist sie mittlerweile als Gruppenleiterin mit eigener Arbeitsgruppe an der Uni Würzburg tätig, wo sie im vergangenen Jahr zwei Millionen Euro Forschungsgelder für Projekte zur Methodenentwicklung einwerben konnte.

"Man kann sagen, dass ich zu Beginn der Pandemie mit meiner Arbeitsgruppe in einer idealen Position war", erzählt Thorn. "Deswegen habe ich in der zweiten Märzwoche ernst gemacht und mein Team aus zunächst vier Studenten und zwei wissenschaftlichen Mitarbeitern zusammengetrommelt." Sie hat sie gefragt, ob sie Lust hätten, ein paar Wochen lang die Theorie auch tatsächlich aktiv anzuwenden. "Das war die Geburtsstunde unserer ,Coronavirus Structural Taskforce‘ und wir sind rasant mehr geworden." Durch ihren Lebenslauf kennt Thorn Kollegen auf der ganzen Welt. Jedes Mal, wenn sie mitbekommt, dass einer davon gerade auch an Corona forscht, hat sie ihn angeworben. "Mittlerweile sind wir 21 Leute."

Coronabedingt funktioniert die Arbeitsgruppe überwiegend virtuell und digital: Thorn zeigt den bunten Chat, in dem sich die Kollegen über die Kontinente hinweg auf dem Laufenden halten. Unter einer neueren Abbildung der Funktionsweise eines Proteins hat ein Mitglied den "Sarlacc", ein Monster aus der Weltraum-Saga "Starwars" verlinkt, das angeblich ganz ähnlich aussieht und funktioniert. Lachende Smileys sind die Reaktion. Humor darf schließlich nicht zu kurz kommen, wenn Nerds die Welt retten.

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Teambesprechung ist täglich um 10 Uhr, Einzelbesprechungen versuche sie wann immer möglich und nötig, sagt Thorn. Früher sei sie rund drei Stunden und 130 Kilometer nach Würzburg gependelt – diese Energie stehe ihr nun zur Verfügung. Es sei unglaublich, was aus dem Homeoffice heraus leistbar sei, erklärt die Wissenschaftlerin – und sagt nicht weniger als eine Covid-bedingte Revolution in der wissenschaftlichen Arbeitswelt vorher. "Alle Forschungsergebnisse werden aktuell schon online geteilt, noch vor der Veröffentlichung in einem Magazin." Preprint heißt das in der Fachsprache. So können die Kollegen schneller darüber diskutieren. "Das bedeutet, wir sehen Ergebnisse, wenn sie gemacht werden – das Veröffentlichungs-Wesen der Wissenschaftscommunity wandelt sich."

Ihre eigene Community hat Thorns Taskforce aus sechs Ländern und elf Institutionen stets im Blick: "Wir schauen uns molekularen Strukturen an, die Kollegen identifiziert haben, verbessern sie, wenn möglich, und geben sie an die ursprünglichen Autoren zurück, damit sie ihre Daten aktualisieren können." Das sei ihr wichtig: Den Leute, die die Leistung erbracht haben und die Struktur gelöst haben, auf den aktuellen Stand zu verhelfen. Die Strukturbiologen waren laut Thorn vor 25 Jahren ohnehin die ersten, die eine öffentliche Datenbank für jedermann angelegt haben.

Jeder Mensch hat also theoretisch Zugriff auf die rund 170 000 Baupläne in der Datenbank. "Wir stellen unsere verbesserten Strukturen zur Verfügung und liefern dazu noch den Kontext", sagt Thorn. "Das ist der Virus-Stachel, er tut das und das mit dieser oder jener Aminosäure, dieser Teil vom Stachel bindet hier an dieses Protein – wir beschreiben also gewissermaßen die Funktionsweise der Strukturen."

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Dabei bleiben auch Überraschungen nicht aus. Etwa wenn, wie Anfang April, auf einmal die EU anklopft, um die Coronavirus Structural Taskforce als Kooperationspartner im Kampf gegen die Pandemie zu gewinnen. "Kurz darauf wurde uns klar, dass die Initiative "folding@home" auf unsere Datenbank zugreift", sagt Thorn. "Die haben bereits im April 1,4 Millionen Heimrechner zusammengeschlossen um zu berechnen, wie die Proteine gefaltet sind." Sie nutzten nach Absprache Computer, die Leute zu Hause gerade nicht brauchten. Damit konnten sie so viel Rechenleistung auf die Beine stellen wie die 500 größten Rechner weltweit zusammen, beschreibt Thorn, immer noch staunend. "Und diese geballte Power rechnet auf den Strukturen unserer Taskforce herum. Das ist ein unglaubliches Gefühl. Und macht einem Mut."

Denn daran, dass Eile geboten ist, lässt Thorn keinen Zweifel: Die Entwicklung von Medikamenten verschlingt viel Zeit und das ist auch bei Corona das Problem. "Selbst wenn wir morgen einen Wirkstoff entdecken, der es uns erlaubt, die Infektion zu stoppen, und daraus ein Arzneimittel herstellen – dann dauert es immer noch mindestens zwölf Monate, bis das auf den Markt kommt."

Arzneimittel müssen zahlreiche Tests durchlaufen. Zunächst an gesunden Menschen, um herauszufinden, ob es Nebenwirkungen gibt. "Danach muss man an Kranken beweisen, dass das Medikament die Krankheit auch wirklich bekämpfen kann", sagt Thorn. "Ganz egal, wie viel Geld man investiert – die Dauer dafür beträgt mindestens ein Jahr."

Arzneimitteltests lassen sich nicht beschleunigen

Bei Impfstoffen sind sogar 18 Monate für die Testphase angesetzt – und das völlig zu recht, sagt Thorn: "Man stelle sich vor, was passieren würde, wenn wir einen Impfstoff gegen Corona auf den Markt bringen, ihn Hochrisikokandidaten wie etwa Krankenschwestern sofort spritzen – und hinterher stellt sich heraus, jede 200. hatte damit einen Herzinfarkt." Niemand würde dem Impfstoff noch trauen. "Daraus folgt, dass uns Corona noch eine Weile begleiten wird."

Deswegen kommen auch kritische Töne von der jungen Wissenschaftlerin, wenn man auf die Vorläufer der Coronapandemie zu sprechen kommt. "Wir haben als Gesellschaft nach SARS beschlossen, dass uns Coronaviren nicht mehr sonderlich interessieren. Das war fatal", sagt Thorn. "Dabei war uns Forschern immer klar, dass wir eines Tages eine schwere Pandemie durch eine Atemwegserkrankung haben würden." Thorn kann daher nicht verstehen, warum die Pandemie für viele Menschen nun so unerwartet kommt. Selbst die Bundesregierung habe schließlich bis zu einem gewissen Grad gewusst, dass ein solches Risiko durchaus bestehe. "Jetzt stecken wir ganz schnell Milliarden in die Pandemiebekämpfung, dabei hätten uns ein paar Millionen kontinuierlich über mehrere Jahre hinweg wahrscheinlich bereits ein Medikament beschert."


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Sebastian Linstädt

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