WISSENSCHAFT IM TREND: Ein Supercomputer hat COVID-19 analysiert und interessante Ergebnisse zutage gefördert
Um genau zu verstehen, wie COVID-19 den Körper auf so viele verschiedene Arten angreift und zahlreiche Symptome verursacht, hat ein als Summit bekannter Supercomputer im Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des Energieministeriums der Vereinigten Staaten die Daten von 40 000 Genen aus 17 000 Genproben ausgewertet. Der schnellste Supercomputer des Landes schafft 200 Billiarden Berechnungen pro Sekunde und hat trotzdem eine Woche gebraucht, die 2,5 Milliarden Genkombinationen zu analysieren.
Kann eine faszinierende neue Theorie den Facettenreichtum von COVID-19 erklären?
Ein Forschungsteam des ORNL hat die Gene aus der Lungenflüssigkeit von 9 an COVID-19 erkrankten Menschen in Behandlung mit 40 Proben von gesunden Menschen abgeglichen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „eLife“ veröffentlicht. Summit hat die Bradykinin-Hypothese aufgezeigt, eine neue Theorie über die körperlichen Auswirkungen von COVID-19. Mit der These können viele Aspekte von COVID-19 erklärt werden, unter anderem einige ungewöhnliche Symptome. „Dies ist einer dieser seltenen Momente, in denen man alles auf ein Heureka-Erlebnis zurückführen kann“, kommentiert der führende Forscher und wissenschaftliche Leiter im ORNL Daniel Jacobson in einer Pressemitteilung. „Ich habe mir die Daten angesehen und plötzlich einige sehr ausgeprägte Muster in den Wegen der Renin-Angiotensin- und Bradykinin-Systeme entdeckt. Deshalb sind wir tief in die Genfamilien des Regulationssystems des Blutdrucks eingetaucht.“ Renin-Angiotensin- und Bradykinin-Systeme kontrollieren den Blutdruck sowie den Flüssigkeitshaushalt des Körpers. Das Forschungsteam hat beobachtet, dass eine erhöhte Expression von Enzymen bei Menschen mit COVID-19 die Produktion von Bradykinin auslöst. Dahingegen gab es weniger Enzyme, die Bradykinin abbauen. Viele Enzyme in den Lungen der Patientinnen und Patienten, die die Ausschüttung von Bradykininen fördern, und wenige Enzyme, die es wieder abbauen, ergeben perfekte Bedingungen für einen Bradykinin-Überschuss. Dadurch baut sich Flüssigkeit um die Lungen herum auf.
COVID-19 mit der Macht des Supercomputing bekämpfen
Die Forschenden haben ähnliche Vorgänge in den Lungen mit einer Substanz namens Hyaluronsäure entdeckt. „Wenn sich in den Lungen ein Überschuss an Hyaluronsäure aufbaut, fühlt es sich an, als würde man durch Wackelpudding atmen“, erklärt Jacobson. „Es kommt zu dem Punkt, an dem es egal ist, wie viel Sauerstoff man einatmet, weil die Lungenbläschen in den Lungen mit diesem Hydrogel gefüllt sind. Mit diesem Überschuss an Hyaluronsäure wird jegliches Wasser, das aufgrund von Bradykinin aus den Blutgefäßen austritt, von dieser Struktur aufgesaugt und die Lungen werden wie eine Wasserblase.“ Wenn ein solcher Vorgang in den Lungen passiert, führt es die Forschenden zu der Theorie, dass es auch in anderen Körperteilen geschieht. „Wenn wir diese Pathogenese [wie eine Krankheit entsteht oder sich entwickelt] bei schweren Fällen stoppen können, können wir die menschliche Reaktion davon abhalten überzureagieren und dem Immunsystem Zeit geben, das Virus abzuwehren, sodass die Menschen sich erholen können“, fügt Jacobson hinzu. Sollte diese Theorie wahr sein, könnten im Idealfall 10 bereits vorhandene Medikamente zur Behandlung von Menschen mit COVID-19 eingesetzt werden. Summit, dessen Leistung mit Desktop-Computern wohl Monate gedauert hätte, wird COVID-19 nicht heilen. Dennoch ist dank seiner schnellen Genanalyse eine interessante neue Theorie aufgekommen, die das Leiden von Patientinnen und Patienten mildern und vielleicht sogar Leben retten könnte.
Schlüsselbegriffe
Supercomputer, Summit, COVID-19, Coronavirus, Bradykinin, Oak Ridge National Laboratory