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Technik & Apps Die neuen Waffen der Virenjäger
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20:05 21.04.2017
Der Weg der Viren: Ein von Komplexitätsforscher Dirk Brockmann am Robert-Koch-Institut entwickeltes Modell simuliert die Verbreitung von Viren über Flugrouten. Quelle: HU Berlin
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Berlin

Zur Preisverleihung gratulierte Bill Gates auf Twitter: Er findet das Projekt “fascinating.“ Auch ein Virenforscher der University of Pennsylvania lobt dort die Internetplattform Nextstrain. Er untersuche jetzt Virenmutationen im Labor, die er “sonst niemals auf dem Schirm gehabt hätte.“ Genau das hatten sich die Entwickler Richard Neher und Trevor Bedford von ihrer Erfindung erhofft.

Mit Nextstrain haben die beiden eine Internetanwendung geschaffen, die bei einem Seuchenausbruch Gensequenzen von Viren analysiert und für jeden zugänglich macht. Das soll helfen, Verbreitungswege der Erreger besser zu verstehen und ihre Ausbreitung zu verhindern. Erst vor wenigen Wochen wurden die beiden Wissenschaftler für diese Idee mit dem Open Science Prize ausgezeichnet. Das Preisgeld von 230 000 Dollar (etwa 212 000 Euro) wollen sie nutzen, um die Internetplattform weiter auszubauen.

Seuchenbekämpfung mit Software

Projekte wie Nextstrain zeigen: Die Seuchenbekämpfung der Zukunft wird immer stärker auf komplexe Computerprogramme setzen. Doch damit diese funktionieren, müssen Forscher bereit sein, ihre Daten zu teilen. Um das Prinzip hinter Nextstrain zu verstehen, muss man wissen, dass sich das Erbgut von Viren ständig durch Mutationen verändert.

Für Wissenschaftler ist das zum einen deshalb interessant, weil sich dadurch auch Eigenschaften der Viren wandeln. Bei Grippeviren etwa können Mutationen dazu führen, dass ursprünglich nur für Tiere gefährliche Formen vermehrt Menschen infizieren. Und weil bestimmte Mutationen typisch für bestimmte Regionen sind, können sie Aufschluss über die Herkunft eines Erregers geben.

Beim Zikavirus (Bild) konnte Nextstrain bereits erfolgreich Quelle: iStockphoto

Hier setzt Nextstrain an: Das Programm speichert und analysiert Erbgutinformationen von Viren wie Zika, Ebola oder der Grippe. Aus Gemeinsamkeiten und Abweichungen errechnet es dann eine Art Stammbaum der Erreger. Ein Wissenschaftler, der an einem bestimmten Ort das Genom eines Virus entschlüsselt, kann so erkennen, woher dieses vermutlich stammt. Und bekommt so einen wichtigen Hinweis auf dessen Verbreitungswege.

Während Trevor Bedford am amerikanischen Fred Hutchinson Forschungszentrum tätig ist, leitet Richard Neher eine Forschungsgruppe am Biozentrum der Universität Basel. Er nennt ein Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von Nextstrain: “Beim Zikavirus konnten wir damit feststellen, dass viele in Florida isolierte Viren aus der Karibik stammten. Sie wurden vermutlich durch Touristen auf Kreuzfahrtschiffen eingeschleppt.“ Die Behörden können aus solchen Erkenntnissen Maßnahmen ableiten, um die weitere Ausbreitung zu verhindern.

“Wissenschaftler sind Geheimniskrämer“

Modelle wie Nextstrain müssen jedoch ständig mit neuen Daten gefüttert werden, um aktuell zu bleiben. Hierfür braucht es die Kooperation von Forschern, die bereit sind, Gensequenzanalysen zeitnah zu teilen. “Wissenschaftler sind normalerweise Geheimniskrämer und halten Daten oft zurück, bis sie in Fachzeitschriften veröffentlicht wurden“, sagt Neher. Im Fall eines Seuchenausbruchs käme eine solche Veröffentlichung aber zu spät: „Wir wollen mit Nextstrain Anreize dafür schaffen, Daten schneller zu teilen.“

Viele Forscher geben auch deshalb ungern Informationen preis, weil sie Angst vor dem Datenklau haben. Sie fürchten, dass andere ihre Erkenntnisse für eigene Publikationen verwenden. Hier versucht Nextstrain vorzubeugen. Wer Informationen von der Plattform für Veröffentlichungen nutzen möchte, muss Referenzen angeben und sich mit denen absprechen, die sie eingestellt haben.

Viren wie Ebola (Bild) oder die Grippe können durch Mutationen gefährlicher werden Quelle: privat

Dirk Brockmann leitet die Projektgruppe epidemiologische Modellierung von Infektionskrankheiten am Robert-Koch-Institut. Wie Neher und Bedford hat auch er eine Computersimulation entwickelt, die hilft, Ausbreitungswege von Seuchen zu analysieren. Brockmann berechnet, wie schnell sich Erreger über den Flugverkehr verbreiten können. Dabei ist nicht unbedingt die Länge von Flügen entscheidend, sondern die Häufigkeit, mit der Flieger von einem bestimmten Flughafen aus zu einem anderen starten. Berechnet werden dann sogenannte effektive Distanzen zwischen Orten, die für die Vorhersage einer Seuchenausbreitung aussagekräftiger sind als geografische Entfernungen.

Nextstrain sei “ein super Projekt“, findet Brockmann. Und die sogenannte digitale Epidemiologie mit Computermodellen zur Seuchenausbreitung sei ein noch junges, aber wachsendes Forschungsfeld. Typischerweise erfordere sie die Arbeit in interdisziplinären Gruppen. Brockmann ist wie Neher Physiker, aber seinem Team gehören auch Biologen und Epidemiologen an – und eine Veterinärmedizinerin, die programmieren kann. Bei Nextstrain mussten sich die Macher ebenfalls mit Biologen beraten.

Von Bakterien lernen

Auch dank solcher gemischten Teams treibe die digitale Epidemiologie den Open-Science-Gedanken voran, glaubt Brockmann, die Idee vom freiwilligen Teilen und Verbreiten wissenschaftlicher Daten. Denn: In den reinen Biowissenschaften habe sich diese bisher noch nicht durchgesetzt. “Es ist immer noch ein konkurrenzbeladener Betrieb, da kommt erst langsam Bewegung rein“, sagt Brockmann.

Die nützlichsten Seuchenbekämpfungsmodelle könnten Menschen dann entwickeln, glaubt Brockmann, wenn sie von Bakterien lernen. Sie vererben genetische Informationen nicht bloß, sondern tauschen sie auch untereinander aus. Brockmann will mit gutem Beispiel vorangehen. Er mailt sich bereits mit Neher und Bedford, um zu beraten, wie sich ihre Modelle ergänzen könnten, sagt er: “Die interessantesten Dinge entstehen schließlich dann, wenn man Daten zusammenführt.“

Von Irene Habich

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