Computersimulation

Die Virtualisierung der Forschung

Die klassische Physik Newtons und Schrödingers Katze als Sinnbild der Quantenphysik. Die Nobelpreisträger haben "das Beste aus beiden Welten" in ihren Modellen integriert, lobte die Jury. Grafik: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Science

Noch vor zehn Jahren war es unmöglich, eine chemische Reaktion oder den Aufbau nützlicher Materialien am Computer zu simulieren. Heute können Forscher die dreidimensionale Struktur von Biomolekülen berechnen, die zum Beispiel Krankheiten auslösen - das hilft bei der Suche nach einem passenden Wirkstoff

Das Verfahren der Computersimulation an sich ist nicht revolutionär. Seit langer Zeit werden Produktionsabläufe erst am Computer durchgespielt, ehe beispielsweise ein Auto gebaut wird. Neu ist aber der Anwendungsbereich. In langjähriger Forschungsarbeit ist es gelungen, für das menschliche Auge unsichtbare molekulare Prozesse zu simulieren. Martin Karplus von der Harvard University und Université de Strasbourg, Michael Levitt von der Stanford University und Arieh Warshel von der University of Southern California erhielten für diese Leistung dieses Jahr den Nobelpreis für Chemie. Sie schufen die Grundlage für Computersimulationen chemischer Prozesse auf molekularer Ebene. Experten sagen, der Preis für dieses Thema war schon lange fällig, denn die Arbeit der drei Amerikaner strahlt seit Jahrzehnten auf viele andere Gebiete aus.

Die Simulationen sind besonders für die Materialwissenschaften und Lebenswissenschaften von großem Wert. Noch vor zehn Jahren war es unmöglich, eine chemische Reaktion oder den Aufbau nützlicher Materialien am Computer zu simulieren. Heute können Forscher die dreidimensionale Struktur von Biomolekülen berechnen, die zum Beispiel Krankheiten auslösen - das hilft bei der Suche nach einem passenden Wirkstoff. Nun ist es möglich, hoch komplexe Prozesse und Materialien auf molekularer Basis zu erfassen, sie quasi in den virtuellen Raum zu überführen und dabei den Molekülen bei der Arbeit zuzusehen. Vor allem für die Medizin ist es interessant, komplexe Vorgänge in der Zelle aufgrund detailgetreuer molekularer Simulationen zu verstehen.

"Schon lange hatten die drei Forscher die Vision, chemische Prozesse durch Simulation so realitätsnah wie möglich abzubilden", sagt Wolfgang Wenzel, tätig am Institut für Nanotechnologie am zur Helmholtz-Gemeinschaft gehörenden Karlsruher Institut für Technologie und Experte auf dem ausgezeichneten Gebiet. Mit dem Aufkommen der modernen Computertechnologie wurde aus der Vision allmählich Wirklichkeit: Laut Wenzel ist es Karplus, Levitt und Warshel zu verdanken, dass sich der Ansatz der Computersimulation in den Lebens- und Naturwissenschaften fest etabliert hat - "sie haben wesentlich dazu beigetragen, die Ergebnisse der Simulationen glaubhaft zu machen", so Wenzel. Dabei haben die Forscher nicht gemeinsam an ihrer Vision gearbeitet. Erst das Zusammenführen ihrer Arbeiten brachte den Durchbruch. Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel haben mit ihren Forschungsarbeiten einen neuen Wissenschaftszweig etabliert: Sie vereinen Theorie und Praxis im virtuellen Raum - realitätsnah und in Echtzeit. Ein würdiger Chemienobelpreis 2013.

Martin Karplus wurde 1930 in Wien geboren. Mit seiner Forschung leistete der theoretische Chemiker wichtige Beiträge in der physikalischen Chemie. Bekannt sind seine Arbeiten in der Quantenmechanik, der Kernspin-Resonanzspektroskopie und der Simulation von Moleküldynamiken. Er ist an der Université de Strasbourg in Frankreich und an der Harvard University, Cambridge, MA, USA, tätig.

Michael Levitt wurde 1947 in Südafrika geboren. Er befasste sich damit, die Bewegung von Proteinen in Lösungen und die Proteinfaltung am Computer zu simulieren. Wichtige Beiträge leistete er für die Genomsequenz-Analyse, die Informationen über die im Erbmaterial kodierten Proteine entschlüsselt. Unter anderem arbeitete er mit Arieh Warshel zusammen. Levitt ist an der Stanford University School of Medicine in Southern California,USA, tätig.

Arieh Warshel wurde 1940 in Israel geboren. Im Bereich der Computersimulation entwickelte er Verfahren und Programme, die insbesondere auf Proteinfunktionen spezialisiert sind. In den 1970er Jahren arbeitete er mit seinem Nobelpreisträger-Kollegen Michael Levitt zusammen. Warshel ist an der University of Southern California, Los Angeles, USA, tätig.

09.10.2013 , Janine Tychsen
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