Universität Augsburg spendet Rechenpower für Corona-Forschung

Der Campus der meisten Universitäten in Deutschland ist momentan weitgehend leer, Studierende werden online unterrichtet. Im Gegenzug bleiben an den Hochschulen viele Computer ungenutzt. Die Universität Augsburg hat nun damit begonnen, diese brach liegende Prozessorleistung zu spenden. Wissenschaftler rund um den Globus können die Rechenpower für Forschungsprojekte zum Coronavirus einspannen. In der Liste der momentan im Tagesschnitt weltweit größten Spender liegt die Universität Augsburg aktuell in den Top 150.

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Spike-Protein (rot) an der Hülle des Corona-Virus (Illustration) CC BY-NC-ND

Das Gebilde erinnert an ein zerzaustes Wollknäuel, das von einer hyperaktiven Katze malträtiert wurde: ein unentwirrbarer Riesenknoten in orange, blau und lila, dessen Schleifen auf dem Bildschirm scheinbar zufällig hin und her zittern. Irgendwann bricht der Knoten auseinander; er bildet eine Art Maul, wie Pac-Man, kurz bevor er eine Kraftpille verschluckt. Doch mit einem Computerspiel hat die Animation nichts zu tun: Sie zeigt das Spike-Protein in der Hülle des Coronavirus, während es sich öffnet, um sich in ein Oberflächen-Molekül einer menschlichen Zelle zu verbeißen.

Für die Infektion ist dieser Schritt zentral. Das Video zeigt, wie er vermutlich genau abläuft – und vielleicht auch, wo seine Schwachstellen liegen, die sich mit Medikamenten attackieren lassen. Berechnet wurde es mit Hilfe tausender Computer rund um den Globus, die sich dem so genannten Folding@Home-Projekt angeschlossen haben. Auch die Universität Augsburg stellt der Initiative inzwischen Rechnerleistung zur Verfügung, und zwar ganz massiv: „Wir zählen momentan – gemessen am laufenden 24-Stunden Durchschnitt – weltweit zu den 150 größten Spendern“, erklärt Dr. Alexander Krammer, EDV-Beauftragter der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät.

Dass die Universität soviel Prozessor-Kapazität spenden kann, hat einen guten Grund: Seit bundesweit Seminare und Vorlesungen weitgehend im Internet erfolgen, sind die Studierenden nicht mehr vor Ort an den Hochschulen. „Das betrifft auch die Computerräume, in denen wir normalerweise Software-Schulungen durchführen“, betont Krammer. „Wir haben uns überlegt, wie sich diese Rechenleistung nutzbringend verwenden lässt. Das Folding@Home-Projekt erschien uns dazu ausgezeichnet geeignet.“

Statt SAP, Statistik- oder Mathe-Software oder Office-Anwendungen läuft daher inzwischen auf mehr als 160 handelsüblichen Computern ein kleines Programm, die Folding@Home-Software. Sie meldet an einen Server in den USA, wieviel Prozessor-Kapazität der jeweilige Rechner im Moment frei hat und zur Verfügung stellen kann. Der Computer bekommt dann vom Server eine Aufgabe zugewiesen, zum Beispiel die Berechnung eines kleinen Zwischenschritts bei der dreidimensionalen Faltung eines Proteins. Im Verbund lassen sich so Aufgaben bearbeiten, die selbst Hochleistungs-Rechenzentren vor Probleme stellen würden.

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Statt SAP, Statistik- oder Mathe-Software oder Office-Anwendungen läuft auf mehr als 160 Computern an der Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät ein Programm, dass nicht genutzte Rechenleistung Forschungsprojekten zur Verfügung gestellt. © Universität Augsburg

Proteinfaltungen sind dafür ein gutes Beispiel: Die Eiweißmoleküle  bestehen aus vielen unterschiedlichen Einheiten, den Aminosäuren. Ihre Anordnung zueinander bestimmt die Form des Proteins, die wiederum für seine Funktion ausschlaggebend ist. Prinzipiell gibt es astronomisch viele Möglichkeiten, wie sich die Aminosäuren anordnen können. Im Computer lässt sich durchspielen, welche davon wahrscheinlich sind und welche nicht. So lässt sich zum Beispiel herausfinden, welche Aminosäuren für die Funktion des Proteins besonders wichtig sind und sich daher vielleicht für die Attacke mit einem Wirkstoff eignen.

„Auf den Rechnern der Universität laufen momentan derartige Simulationen zu verschiedenen Erkrankungen, darunter auch zu Covid-19“, erläutert Dr. Diether Maack. Der EDV-Betreuer arbeitet an der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät, in der das Projekt initiiert wurde. „Die Sicherheitsanforderungen der Universität und die Tatsache, dass wir Kapazitäten von vielen verschiedenen Rechnern zur Verfügung stellen, bedeuten zunächst einmal einen gewissen Auf-wand“, erklärt Maack. „Dabei hilft uns unsere Expertise, Software gleichzeitig an zahlreiche Computer verteilen zu können.“

Inzwischen haben sich weitere Institute der Universität Augsburg der Initiative angeschlossen, darunter etwa die Physik mit ihren Hochleistungs-Rechnern. Maack erfüllt dieser Einsatz mit einer gewissen Befriedigung: „So können auch wir als Nicht-Mediziner einen kleinen Beitrag im Kampf gegen das Coronavirus leisten.“