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Arzneien aus dem Computer

26.08.2011
In der modernen Gesundheits- und Arzneiforschung ist die Wirkungsweise von Millionen natürlicher biologischer Verbindungen bekannt. Dieses Wissen nutzen Pharmazeuten zur Herstellung neuer Medikamente.

Sie entwickeln synthetische Stoffe, die die therapeutische Wirkung von bereits bekannten, natürlichen Verbindungen imitieren – so genanntes „Drug Design“. Ein neues Forschungsprojekt, das Prof. Dr. Tim Clark vom Computer Chemie-Centrum der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) leitet, will dafür neue Hochleistungsrechner einsetzen.

In der modernen Gesundheits- und Arzneiforschung ist die Wirkungsweise von Millionen natürlicher biologischer Verbindungen bekannt. Wenn zum Beispiel Protein A in zu geringer oder zu großer Menge im Körper vorhanden ist, resultieren daraus Reaktion B und C, usw. Dieses Wissen nutzen Pharmazeuten zur Herstellung neuer Medikamente. Sie entwickeln synthetische Stoffe, die die therapeutische Wirkung von bereits bekannten, natürlichen Verbindungen imitieren – ein Prozess, der als „Drug Design“ bezeichnet wird.

Routinemäßig werden inzwischen Computer eingesetzt, die den Wissenschaftlern helfen sollen, aus den Millionen von verfügbaren Verbindungen die besten Wirkstoffkombinationen zu finden, die sich für die synthetische Herstellung eignen. Allerdings ist die Trefferquote der Computer bislang sehr gering. An diesem Punkt setzt das Forschungsprojekt „high-performance Computer-Aided Drug Design“ an, das von Prof. Dr. Tim Clark vom Computer Chemie-Centrum der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) geleitet wird. Das Forscherteam um Clark will anstelle gewöhnlicher Computer neue Hochleistungsrechner einsetzen. Jetzt fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung das Projekt für drei Jahre mit 1,5 Millionen Euro. Davon fließen rund 1,1 Millionen Euro an die FAU.

An der FAU sind neben dem Computer Chemie-Centrum (CCC) auch Prof. Dr. Dirk Zahn vom Lehrstuhl für Theoretische Chemie sowie Prof. Dr. Gerhard Wellein, Inhaber einer Professur für Höchstleistungsrechnen, an dem Projekt beteiligt. Weitere Projektpartner sind der Lehrstuhl für Theoretische Chemie an der Technischen Universität Dortmund und die Sanofi Aventis Deutschland GmbH.

„In Datenbanken existieren Infos über die therapeutischer Wirkung von vielen Millionen Molekülen“, sagt Prof. Dr. Tim Clark. „Die Arzneimittelhersteller sind jedoch häufig mit dem Problem konfrontiert, dass diese Verbindungen nicht die gewünschte Wirkung erzielen oder sich bei oraler Anwendung, etwa in Tablettenform, als Wirkstoffe nicht eignen.“ Computer werden eingesetzt, um die Millionen Datensätze durchzugehen auf weitere Verbindungen, die daraufhin getestet werden, ob sie die gleiche Wirkung haben wie die natürliche Verbindung und ob sie als Medikament geeignet wären.

„Mit den heutigen Programmen und Rechnern sind maximal ein bis zwei Prozent der herausgefilterten Verbindungen tatsächlich für die Arzneimittelherstellung geeignet“, sagt Prof. Clark. Deswegen will er neue Hochleistungsrechner einsetzen, die es vor wenigen Jahren noch gar nicht gab. Die Aufgabe von Prof. Clark und seinem Forscherteam besteht darin, neue Algorithmen zu entwickeln, die es den Hochleistungsrechnern ermöglichen, Millionen gleichzeitig stattfindende Rechenprozesse durchzuführen. Ziel ist, damit die Arzneimittelherstellung effizienter zu gestalten und die Trefferquote zu erhöhen.

Das Regionale Rechenzentrum Erlangen verfügt bereits über einen solchen „Super-Computer“, den das Team von Prof. Clark für sein Forschungsprojekt nutzen wird. Der so genannte LIMA-Cluster belegt zurzeit Rang 196 unter den 500 schnellsten Computern der Welt.

Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), gegründet 1743, ist mit 29.000 Studierenden, 590 Professorinnen und Professoren sowie 2000 wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte Universität in Nordbayern. Schwerpunkte in Forschung und Lehre liegen an den Schnittstellen von Naturwissenschaften, Technik und Medizin in engem Dialog mit Jura und Theologie sowie den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Seit Mai 2008 trägt die Universität das Siegel „familiengerechte Hochschule“.

Mehr Informationen:
Prof. Dr. Tim Clark
Tel.: 09131/85-22948
clark@chemie.uni-erlangen.de

Dr. Pascale Anja Dannenberg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-erlangen.de

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