Ein Algorithmus, der die Welt hoffen lässt. Mit ihrer „Suchmaschine für Enzyme“ liefert das Grazer Startup Innophore einen wichtigen Forschungsbeitrag für die Bekämpfung des Coronavirus. CEO Christian Gruber über virtuelles Stöbern und reale Erfolgschancen.

Global verhaltensauffällig wurde das Startup schon im Jänner, aber seit einigen Tagen steht das Grazer Unternehmen im Blickpunkt wie nie zuvor. Die Biotech-Firma Innophore sorgte Anfang des Jahres mit der Entdeckung und Modellierung eines Schlüsselenzyms des neuen Coronavirus für eine Forschungssensation. Internationale Medien berichteten, Wissenschafter auf der ganzen Welt wurden auf das Unternehmen aufmerksam und auch die chinesische Seuchenbekämpfungsbehörde CCDC (Chinese Center for Disease Control and Prevention) nahm mit den Grazer Bioinformatikern Kontakt auf.

Der Hintergrund: Eine von Innophore entwickelte Plattformtechnologie nutzt Künstliche Intelligenz, um mit Hilfe großer Datenmengen relevante Eigenschaften für Enzyme und Medikamente am Computer vorherzusagen. Und zwar um ein Vielfaches schneller, als man es in herkömmlichen Laboren könnte. Konkret konnte diese „Suchmaschine für Enzyme“ Ende Jänner ein Enzym bei SARS-CoV-2 identifizieren, das als mögliches Target für die Bekämpfung des Virus erkannt wurde. Das Aufspüren von solchen Enzymen gleicht der Suche nach der Achillesferse eines Virus.  Binnen kürzester Zeit machten die Grazer Forscher auch potenzielle Wirkstoffe ausfindig, sogenannte Protease-Inhibitoren. Auf der Liste der Grazer Forscher fand sich auch das HIV-Mittel Lopinavir, das bis vor kurzem als einer der vielversprechendsten Kandidaten für den wirksamen Einsatz gegen COVID-19 galt. Eine Hoffnung, die sich in jüngsten klinischen Tests allerdings nicht bestätigte.

100 Milliarden Einzelsimulationen

Umso wichtiger ist die weitere fieberhafte Suche nach Wirkstoffen. Und das Grazer Unternehmen agiert hier weltweit an vorderster Front. Wie jüngst bekannt wurde, ist Innophore nun Teil eines internationalen Konsortiums und betreibt gemeinsam mit der renommierten Havard University sowie der Universität Graz und dem acib, Austrian Centre of Industrial Biotechnology, ein Aufsehen erregendes Screening-Projekt.
In Rahmen dieses Projekts werden in den nächsten Wochen rund zwei Milliarden Wirkstoffe gegen COVID-19 computerbasiert gescreent und damit auf potenzielle Wirksamkeit geprüft. „Die große Herausforderung bei Simulationen dieser Art ist schon einmal, die Daten der Milliarden Wirkstoffe zu bekommen. Das ist nur in einem großen internationalen Netzwerk zu lösen“, erklärt Gruber. „Die zweite Schlüsselfrage betrifft die notwendigen Rechenkapazitäten. Im Moment gehen wir davon aus, über 100 Milliarden Einzelsimulationen durchzuführen. Denn jeder potenzielle Wirkstoff wird einzeln gescreent“, so der Firmengründer, der sich auch über Google-Mutter „Alphabet“ als Projektpartner freuen darf. Der US-Konzern stellt die immense Rechenleistung seiner Google-Cloud für die Simulationen zur Verfügung. Als heimischer Partner ist auch der Vienna Scientific Cluster mit seinen Supercomputern mit an Bord.

Insgesamt umfasst das Konsortium rund 20 verschiedene Partner, darunter auch die ShanghaiTech University, die neueste Strukturdaten zum Virus liefert, ebenso wie norditalienische Kliniken sowie Institute, die in einem späteren Stadium klinische Tests durchführen sollen. Laufend werden im Projekt neue potenzielle Wirkstoffe detektiert – dank des großflächigen, virtuellen Screenings, die auf der „Virtual Flow“-Methode der Harvard Medical School und der 3D-Punktwolken-Technologie von Innophore beruhen. Konkret ist es die Aufgabe des Grazer Teams, Targets aufzubereiten, also jene Proteine bei SARS-CoV-2 zu charakterisieren, die Angriffspunkte für Wirkstoffe sein können. „Jedes Medikament bindet immer an gewissen Stellen bei viralen Proteinen an, sogenannte Bindetaschen. Und genau diese können wir dank unserer Technologie schnell voraussagen und analysieren.“ Knapp ein Dutzend solcher Targets wurde bereits identifiziert und es kommen laufend neue hinzu. Daher auch die hohe Summe der geplanten Einzelsimulationen. „Vereinfacht gesagt, schicken wir jeden dieser zwei Milliarden Wirkstoffe virtuell durch die Targets, um zu prüfen ob eine potenzielle Wirksamkeit vorliegt.“

Auch Nahrungsergänzungsmittel kommen in Frage

Spannend ist auch der Umstand, dass diesen zwei Milliarden Wirkstoffe sämtliche weltweit zugelassenen Medikamente beinhalten. Darunter befinden sich unterschiedliche Präparate, die in verschiedensten Anwendungen im Einsatz sind – etwa auch als Nahrungsergänzungsmittel. „Theoretisch kommt jeder Wirkstoff in Frage – siehe das berühmte Beispiel Viagra, das bekanntermaßen ursprünglich auch einem anderen Zweck dienen sollte. Viagra können wir in diesem Fall übrigens ausschließen“, fügt Gruber schmunzelnd hinzu. „Der Wirkstoff wurde bereits simuliert.“

Insgesamt 100 vielversprechende Wirkstoffe, schätzt Gruber, werden in den nächsten Wochen auf diese Weise erfasst und gelistet. „Im ersten Schritt werden diese dann in Zellkulturen getestet. Nur ein Bruchteil davon schafft es in klinischen Tests am Menschen.“ Ob letztlich darunter auch Wirkstoffe sein werden, die tatsächlich effektive therapeutische Hilfe leisten können, traut sich Gruber noch nicht zu prognostizieren. „Wir hoffen es natürlich, aber es gibt keine Garantie. In der pharmazeutischen Forschung ist es business as usual, dass klinische Tests häufig nicht zum gewünschten Ergebnis führen“, warnt Gruber vor allzu großer Euphorie. „Aber es gilt das Gesetz der kritischen Masse: Je mehr potenzielle Wirkstoffe wir finden, desto wahrscheinlicher ist es auch, dass sich darunter einer befindet, der funktioniert.“ Wenn sich herausstellen sollte, dass kein bekannter Wirkstoff signifikante Ergebnisse erzielt, dann bleibt nur noch die Option, einen neuen zu kreieren. „Das wäre dann freilich nicht mehr unser Forschungsgebiet“, bestätigt Gruber.

Mittels 3D-Punktwolken-Technologie der Achillesferse des Corona-Virus auf der Spur  Foto: Innophore

Coronavirus 2.0 – Forschung auf Vorrat

Aber im selbst in diesem Worst-Case-Szenario wäre die Forschung nicht umsonst gewesen, betont der 39-Jährige „Denn wer kann ausschließen, dass wir es schon in den kommenden Jahren mit einem weiteren Coronavirus zu tun bekommen werden? Und dann wären wir heilfroh, auf die Forschungsergebnisse von heute zurückgreifen zu können. Man sieht es ja an asiatischen Ländern wie Taiwan, die in der Vergangenheit viel Forschung in diesem Bereich betrieben haben und heute insgesamt besser auf Pandemien vorbereitet sind.“

Spätestens im Mai wird das aktuelle Projekt abgeschlossen sein. Ist das auch das Ende der Forschungsarbeit von Innophore an SARS-CoV-2? „Wir wissen es nicht“, gesteht Gruber. „Ich hätte mir auch im Jänner nicht gedacht, dass das einmal solche Ausmaße annehmen würde und wir als Firma heute mehr denn je involviert sind. Aber ich rechne damit, dass uns das Thema auch künftig beschäftigen wird.“ Erst in dieser Woche hat das Unternehmen einen neuen Forschungsantrag eingereicht. „Es handelt sich um ein großes Projekt in Zusammenarbeit mit großen Pharma-Konzernen mit einer Laufzeit von zwei Jahren.“ Auch ein bestehendes Forschungsprojekt mit dem acib werde umgewidmet, um die Finanzierung der Corona-Forschung zu sichern. „Derzeit bringen wir sehr viel Eigenmittel auf, um die Forschung zu ermöglichen. Das steckt sehr viel persönlicher Idealismus unserer Mitarbeiter drinnen. Wir haben leidenschaftliches Interesse am Thema haben und investieren sehr viel Herzblut. Zum Glück haben wir mit der EOSS Industries auch einen starken und verständnisvollen Partner als Investor, der uns viel Handlungsspielräume lässt und uns ermöglicht, unseren Beitrag zur Lösung dieses Menschheitsproblems zu leisten.“

 

Innophore-Gründer: Christian Gruber (r.), Georg Steinkeller und Universitätsprofessor Karl Gruber (l.). Foto: Innophore

INFO: Innophore Das Unternehmen wurde 2017 als Spin-off der Karl-Franzens-Universität und des Austrian Centre of Industrial Biotechnoloy (acib) von Christian Gruber, Georg Steinkeller und Universitätsprofessor Karl Gruber gegründet. Das Biotechnologie-Startup entwickelte die Catalaphore-Plattform, eine Suchmaschine, die mittels Künstlicher Intelligenz und Big Data Enzyme und Wirkstoffe für die pharmazeutische Industrie sowie für industrielle Prozesse schnell und kostengünstig findet. Mit der EOSS Industries als strategischen Investor baute sich das Unternehmen einen internationalen Kundenstock auf, zu dem renommierte Big Player wie Merck oder Henkel zählen. Derzeit 11 Mitarbeiter.

 

INFO: Covid-19-Screening Das Biotech Start-up Innophore, die Universität Graz und das acib, Austrian Centre of Industrial Biotechnology forschen gemeinsam mit der renommierten Harvard University in einem Projekt, in dem rund zwei Milliarden potenzielle Wirkstoffe gegen COVID-19 computerbasiert gescreent werden sollen. Die Google-Mutter „Alphabet“ gibt dabei unlimitierte Rechenleistung ihrer Google-Cloud frei, die es erstmalig ermöglicht, solch eine umfangreiche Menge an Wirkstoffen zu simulieren. Auch der Vienna Scientific Cluster, eine Kollaboration mehrerer österreichischer Universitäten, stellt Ressourcen seiner Supercomputer zur Verfügung.

 

ZITATE

„Die größte Herausforderung bei Simulationen wie diesen ist nicht nur die Daten der Milliarden Wirkstoffe zu bekommen, sondern auch die notwendigen Rechenkapazitäten. Im Moment gehen wir davon aus, über 100 Milliarden Einzelsimulationen durchzuführen, denn jeder potenzielle Wirkstoff wird einzeln ‚gescreent‘. Wir freuen uns sehr, dass wir mit dem Vienna Scientific Cluster österreichische und mit Alphabet internationale Unterstützung bekommen.“
Christian Gruber, Geschäftsführer der Innophore

„Wir sind hoch erfreut, dass biotechnologisches Know-how aus der Steiermark globalen Anklang findet und aktiv bei der Bekämpfung des Coronavirus mitwirkt.“
Mathias Drexler, Geschäftsführer des acib

„Obwohl bereits einige vielversprechende Medikamente identifiziert wurden, hat das Projekt großes Potenzial weitere geeignete Kandidaten zu finden. Die Kombination der 3D-Punktwolken-Technologie mit großflächigem, virtuellem Screening und enormer Rechenleistung ist sehr vielversprechend. Wir sind gespannt, welche Ergebnisse wir in den kommenden Wochen erzielen werden.“
Professor Arthanari, Harvard Medical School

 

TEXT Wolfgang Schober