Coronavirus mit Computerspiel besiegen?

24 April 2020, 09:31

Gesundheit

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Quelle image: https://www.infranken.de/ueberregional/kultur/coronavirus-mit-computerspiel-besiegen-so-koennen-sie-helfen;art182,4948755

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pielend den Coronavirus Covid-19 besiegen? Das könnte schon bald Realität werden. Zu verdanken haben wir das einem findigen Entwicklerteam. In einem Computerspiel kann jetzt jeder ein Protein zur Abwehr der neuartigen Lungenkrankheit bauen - und an die Universität in Washington weiterreichen.

Der Coronavirus, besiegt durch ein Computerspiel. Dieses Gedankenexperiment könnte vielleicht bald Wirklichkeit werden. Zu verdanken ist dieses mögliche Szenario einem kleinen Entwicklerteam aus den vereinigten Staaten aus Amerika. Die haben mit "Foldit" ein Spiel über das Lernen und wissenschaftliche Entdeckungen geschaffen. In diesem Spiel können Puzzle-Freunde nämlich an eigenen Antikörpern für aktuell grassierende Viren basteln. Die besten Entwürfe, die man im Spiel zusammengestöpselt hat, werden dann von der Universität in Washington am Institut für Protein Design nachkonstruiert und getestet.

Dabei konstruieren interessierte Spieler verschiedene Proteine beziehungsweise "falten" diese. Proteine, das sind sozusagen die Funktionsträger in jeder Zelle eines jeden Lebewesens. In diesen Zellen ermöglichen Proteine dem Körper seine lebensnotwendigen Funktionen: Nahrung zerlegen, um die Muskeln zu stärken, Signale durch das Gehirn senden, die den Körper steuern, und Nährstoffe durch das Blut transportieren. Proteine gibt es zahlreichen Varianten, aber sie haben Gemeinsamkeiten. Jedes Protein besteht aus einer Kette von verbundenen Aminosäuren.

Was genau macht man in diesem Spiel?

Aminosäuren wiederum, sind kleine Moleküle, die aus Atomen von Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Wasserstoff bestehen. Um ein Protein herzustellen, werden die Aminosäuren in einer unverzweigten Kette verbunden. In etwa vergleichbar mit einer Reihe von Menschen, die sich an den Händen halten. Und genau wie bei der Menschenkette die Beine und Füße von der Kette "hängen", so hat jede Aminosäure eine kleine Gruppe von Atomen (die so genannte Seitenkette), die von der Hauptkette (Rückgrat) absteht und die sie alle miteinander verbindet.

Und obwohl Proteine nur eine Kette von Aminosäuren sind, bleiben sie nicht in einer geraden Linie. Das Protein faltet sich selbst zu einem kompakten Ball. Dabei bleiben manche Aminosäuren in der Nähe der Mitte des Balls und andere außerhalb. Außerdem hält es einige Aminosäurenpaare nahe beieinander und andere weit voneinander entfernt.

Jede Art von Protein hat eine festgelegte Form, in die es sich faltet. Vergleichbar mit der Kugel auf der Spitze eines Hügels. Die Kugel wird immer nach unten rollen. Auch, wenn man versucht sie wieder auf der Spitze des Berges zu platzieren. Denn am Boden hat sie die sicherste (und stabilste) Form. Diese Form ist wichtig, weil dadurch die Funktion des Proteins bestimmt wird. Ein Protein zum Beispiel, das Glukose abbaut, damit die Zelle die im Zucker gespeicherte Energie nutzen kann, wird eine Form haben, die die Glukose erkennt und sich an sie bindet. Vergleichbar wie ein Schloss und ein Schlüssel der dazu passt.

Aber was spielt man da überhaupt? Der Entwickler und Initiator des Projektes, Seth Cooper, beschreibt "Fold It" als kein einfaches, aber dennoch gut verständliches Puzzlespiel. Mehrere hunderttausend Spieler ohne Erfahrung oder Ausbildung im Bereich der Wissenschaft hätten bereits zu bedeutenden Forschungsergebnissen beigetragen. "Und das kann jeder, der sich für Puzzles interessiert", erklärt der Entwickler. Denn prinzipiell seien beim Spielen von "Fold It" nur drei simple Regeln zu beachten

Die drei Regeln des Spiels

1. Das Protein verpacken

Je kleiner das Protein, desto besser. Genauer gesagt will man Leerräume (Voids) in der Struktur des Proteins vermeiden, in die Wassermoleküle eindringen können. Man soll also dafür sorgen, dass die Atome des Proteins so nah wie möglich beieinander liegen. Bestimmte Strukturen, wie z.B. Blätter, verbinden sich sogar mit Wasserstoffbrückenbindungen, wenn man sie richtig anordnet und dicht aneinander bringt. Auch das wird sowohl im Spiel als auch der Wissenschaft goutiert. Stichwort: Kompakt.

2. Die Hydrophobie ausblenden

Hydrophobie ist die Seitenkette der Proteine, die nicht mit Wasser in Berührung kommen will. Da die meisten Proteine im Wasser herumschwimmen, möchte man die Hydrophobie, im Spiel als orangefarbene Seitenketten dargestellt, von so vielen Atomen wie möglich umgeben halten, damit das Wasser nicht an sie herankommt. Die andere Seite der Proteine ist hingegen die Hydrophilie, im Spiel als blaue Seitenkette dargestellt, die das Wasser berühren wollen. Diese müssen also so vielen Wassermolekülen wie möglich ausgesetzt werden. Stichwort: Vergraben.

3. Die Zusammenstöße beseitigen

Zwei Atome können nicht gleichzeitig am selben Ort sein. Wenn also ein Protein so gefaltet wird, dass zwei Seitenketten zu nah beieinander liegen, wird das dem Spieler in Minuspunkten angezeigt. Bei Kollisionen ist auch klar: Es stimmt etwas mit dem Protein nicht. Stichwort: Auseinander.

Mensch schlägt Maschine

Mit dem Spiel "Fold It" wollen die Entwickler beweisen, dass die menschliche Schwarmintelligenz bei der Ausgestaltung von Proteinen deutlich schneller und verlässlicher ist, als beispielsweise Computer, die bislang diese Aufgabe übernommen hatten.

Diesen wissenschaftlichen Ansatz hat jedes noch so einfache Rätsel im Spiel. Die Experten der Universität in Washington bezeichnen es als "Die Vorhersage der Struktur eines Proteins auf der Grundlage seiner Aminosäuresequenz". Mit den drei Regeln, lassen sich also die Eigenschaften korrekter Proteinstrukturen abbilden. Damit könnten Spieler dafür sorgen, dass ihr Konstrukt nach einem Test durch die Universität maßgeblich daran beteiligt ist, den Coronavirus auszurotten.

Bei Interesse kann das Spiel völlig kostenfrei unter https://fold.it/portal/ heruntergeladen werden.

Quelle:infranken