Nobelpreis für Chemie: Wie Entdeckungen im Bereich der Proteine die Forschung bei BASF unterstützen
Computergestütztes Design und Vorhersage von Proteinstrukturen beschleunigen Forschungsprojekte
Am 10. Dezember wird die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm die diesjährigen Nobelpreise verleihen. Die Preise für Chemie stehen in diesem Jahr im Zeichen der Proteine, die als „Bausteine des Lebens“ gelten. David Baker (University of Washington, Howard Hughes Medical Institute, USA), der mit einer Hälfte des Nobelpreises ausgezeichnet wird, gelang es, mit Hilfe der Computersoftware Rosetta völlig neue Proteine zu bauen. Demis Hassabis und John Jumper (beide Google DeepMind, London, Vereinigtes Königreich) erhalten gemeinsam die andere Hälfte des Nobelpreises für die Entwicklung von AlphaFold2, einem Modell, das mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) komplexe Strukturen von Proteinen vorhersagen kann.
Beide Entdeckungen haben großes Potenzial für BASF, da das Verstehen von Proteinstrukturen seit Jahrzehnten grundlegend für die Entwicklung neuer Produkte ist. Mit Technologien wie Rosetta und AlphaFold2 können BASF-Forschende zum Beispiel neue Pflanzeneigenschaften und Pflanzenschutzmittel besser vorhersagen, entwerfen und optimieren – und das unter Umständen schneller und mit einer höheren Wirksamkeit als mit traditionellen Werkzeugen. „Es kann Jahrzehnte dauern, eine neue Eigenschaft zu entwickeln, die Nutzpflanzen resistent gegen Schädlinge macht, oder eine neue chemische Substanz zu entwickeln, die Krankheiten, Schädlinge oder Unkräuter bekämpft. Die Arbeit an Proteinen ist entscheidend für die Forschung und Entwicklung von Pflanzenmerkmalen und Pflanzenschutzmitteln, und wir nutzen diese neuen KI-Werkzeuge bereits, um effektive Lösungen für Landwirte schneller zu entwickeln und damit unsere Lebensmittelversorgung zu sichern“, sagt Dr. Jürgen Huff, Senior Vice President in der globalen Forschung und Regulatorik von BASF Agricultural Solutions. „Als innovationsgetriebenes Unternehmen, das von ihrer Arbeit profitiert, gratulieren wir den Preisträgern zu ihren Auszeichnungen.“
Die Möglichkeit, neue Proteinsequenzen zu entwerfen, nachdem eine genaue dreidimensionale Struktur vorliegt, vereinfacht die Entwicklung und das Design von Proteinen. „Mit der Vorhersage der Proteinstrukturen können wir frühzeitig verschiedene Computertools einsetzen und Proteine bereits zu Beginn eines Forschungsprojekts modellieren“, sagt Dr. Stefan Seemayer, Teamleiter für computergestütztes Proteinengineering bei BASF. „Wir können Tausende von Hypothesen berechnen, zum Beispiel auf der Suche nach der effektivsten Eigenschaft für die Resistenz gegen einen Schädling. Aus den generierten Designs wählen wir das Passendste aus, was unseren Testaufwand deutlich reduziert“, fügt er hinzu.
Der Code für Rosetta ist öffentlich zugänglich und Forschende weltweit haben die Software seit ihrer Veröffentlichung im Jahr 2003 weiterentwickelt, wodurch sich neue Anwendungsbereiche fanden. Das Nobelpreiskomitee teilte zudem mit, dass AlphaFold2 von mehr als zwei Millionen Menschen aus 190 Ländern genutzt wird.
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