Wie die Informatik der Biologie hilft

Wer kennt sie nicht? Klischees, die sich um Informatiker:innen und Programmier:innen ranken. Man denkt schnell an Spieleprogrammierer oder Hacker. Dass diese nicht der Wahrheit entsprechen, sollte klar sein. Und doch hält sich das Bild – zumindest im Internet – hartnäckig. Nele Klatte, Absolventin der Bioinformatik (B.Sc.), räumt zum Tag des Programmierers am 13. September mit ein paar Klischees auf und berichtet, wie ihr die Informatik bei der biologischen Forschung hilft.

Biologische Forschung und Informatik – wie passt das zusammen?

„Digitale Programme spielen in vielen Bereichen mittlerweile eine große Rolle“, findet Nele und erläutert: „Bestimmte Programme und auch Künstliche Intelligenzen helfen uns bei der Forschung, weil sie beispielsweise viel schneller komplexe Rechnungen und Simulationen ausführen können. Was wir im Labor langwierig und aufwändig – und somit teurer – herausfinden müssten, kann ein Computerprogramm innerhalb von Stunden statt Wochen auswerten. Das ist ein immenser Informationsgewinn!“

Mit anderen Worten: Informatik bedeutet hier nicht nur das bloße Programmieren von Software oder technischen Anwendungen, sondern auch die Anwendung digitaler Programme für die eigentlich biologische Forschung. Die Alumna hat ihre Bachelorarbeit in Dublin innerhalb eines internationalen Forschungsteams absolviert und für ihre biologische Forschung am Coronavirus hauptsächlich am Computer gearbeitet.

Coronavirus-Forschung – worum ging es?

Vielerorts wird an SARS-CoV-2 geforscht, beispielsweise für Impfstoffe und Medikamente. Nele wollte herausfinden, wie sich bestimmte Proteine des Virus zueinander verhalten. Dass sie für ihre Bachelorarbeit ausgerechnet nach Dublin ging, hatte einen einfachen Grund: Nach einer Klassenfahrt dorthin gefielen ihr die Stadt und das Land so gut, dass sie bei der Wahl des Auslandssemesters in keinem anderen Land als Irland nach einem Platz gesucht hat. Ihre Arbeit hat sie am Conway Institute des University Colleges Dublin durchgeführt. Das Institut ist auf biomolekulare und biomedizinische Forschung spezialisiert.

Grafik zweier Proteine des Coronavirus
Lumenale Regionen von NSP3 (rot) und NSP4 (grün) im Komplex

Innerhalb einer Forschungsgruppe, die sich auf Bioinformatik konzentriert, hatte sie die Gelegenheit, ihre Idee zu präsentieren, sich auszutauschen und ihre Forschung selbstständig durchzuführen. Gearbeitet hat sie mit einer Künstlichen Intelligenz, die Proteinstrukturen besonders zuverlässig berechnen kann. „Das Programm habe ich zum ersten Mal benutzt, aber ich war sehr beeindruckt, wie gut die Strukturen sind, die damit berechnet wurden und wie nah die Ergebnisse an den experimentell gewonnenen Strukturen dran sind“, berichtet die Absolventin von ihrer Erfahrung.

Was kam bei der Forschung heraus?

Mit Hilfe dieses Programms hat Nele zwei Proteine des Coronavirus betrachtet, die für dessen Verbreitung innerhalb des Menschen wichtig sind. „Man weiß, dass diese beiden Proteine miteinander interagieren und ich wollte mir anschauen, wie genau diese Interaktion aussehen kann. Ich bin darauf gestoßen, dass die Proteine, die NSP4 und NSP3 heißen, eine ganz spezielle Bindung eingehen können“, erläutert die Absolventin und gibt einen Ausblick für die Zukunft: „Ich glaube, herausgefunden zu haben, wie die beiden Proteine miteinander interagieren. In einem nächsten Schritt muss geprüft werden, ob man diese Bindung beispielsweise mit Medikamenten stören kann, damit sich das Virus im Menschen nicht so gut vermehren kann. Das könnte eventuell Krankheitsverläufe abschwächen.“

In einem nächsten Schritt müssen die Computersimulationen und Berechnungen noch im Labor überprüft werden. Die Alumna möchte auch gerne am Thema dranbleiben und ihre Forschungsergebnisse veröffentlichen. Darüber hinaus sieht sie im Bereich Bioinformatik ihre Zukunft und strebt ein Masterstudium in dem Feld an, um weiter am Coronavirus forschen zu können. Gleichzeitig stellt die Alumna unter Beweis, dass Informatik und die Arbeit mit Computerprogrammen längst nicht mehr nur von klassischen Nerds genutzt werden und dass das Ganze nicht nur zum Hacken oder Programmieren von Spielen sinnvoll ist. Informatik hat viel mehr einen wichtigen Teil zu ihrer Forschung beigetragen.