Neue Abteilung am HZB: „KI und Biomolekulare Strukturen“
Dr. Andrea Thorn baut seit 1. Juli 2025 am HZB die neue Abteilung „KI und Biomolekulare Strukturen“ auf. © Cromarte Rogers / Coronavirus Structural Task Force
Dr. Andrea Thorn baut seit 1. Juli 2025 am HZB die neue Abteilung „KI und Biomolekulare Strukturen“ auf. Die Biophysikerin bringt langjährige Expertise in KI-basierten Tools für die Strukturbiologie mit und freut sich auf die enge Zusammenarbeit mit dem Team für Makromolekulare Kristallographie an den MX-Beamlines von BESSY II.
Andrea Thorn promovierte im Arbeitskreis von George Sheldrick an der Universität Göttingen und forschte im Anschluss als Marie-Curie-Stipendiatin an dreidimensionalen Wechselwirkungen von großen Molekülen wie Proteinen und DNA und Wasser in Cambridge. Später wechselte sie nach Oxford und entwickelte an der Diamond Light Source die Software AUSPEX zur Analyse von Diffraktionsdaten. Bis vor kurzem leitete sie eine Gruppe im Hamburger Exzellenzcluster CUI (Centre for Ultrafast Imaging).
Während der Pandemie hat Thorn die „Coronavirus Structural Task Force“ aufgebaut, ein internationales Team, das neue Molekülstrukturen des Virus überprüft und Informationen zu solchen Strukturen aus der ganzen Welt kombiniert hat. So konnte die Gruppe nicht nur ein Bild der Molekularbiologie des Virus zeichnen, sondern zum Beispiel auch den Ablauf der Infektion genau darstellen und das akkurateste 3D Modell des Virus erstellen.
„Auf dieser Grundlage möchte ich am HZB eine Pipeline entwickeln, die uns das auch für andere Krankheiten, wie zum Beispiel Influenza, erlaubt. Wir könnten das, was wir mit 27 Spezialist:innen in zwei Jahren für Corona getan haben, teilweise automatisieren. So eine Pipeline würde uns nicht nur ein besseres Wirkstoffdesign am Rechner (in silico) erlauben, sondern könnte quasi ein ChatGPT für Moleküle werden, ein neuronales Netzwerk, das Informationen aus verschiedenen Quellen kombiniert und sinnvoll präsentiert“.
Thorn gilt als Expertin für den Einsatz von KI-basierten Analysetools für Messung und Qualitätssicherung dreidimensionaler Molekülstrukturen; ihre Gruppe entwickelt nicht nur Software, sondern arbeitet auch experimentell im Labor. Neben Viren und Kristallographie ist die Gruppe auch im Bereich Kryo-Elektronenmikroskopie, Unfallanalyse und Pilzbiologie aktiv.
In der neu gegründeten Abteilung wird das Team um Thorn Rechenmethoden weiterentwickeln, um Daten von BESSY II auszuwerten und mit anderen Informationen zu kombinieren. Dabei legt Thorn großen Wert darauf, die KI-erzielten Analyseergebnisse verstehbar und nachvollziehbar zu machen („explainable AI“). Die neue Abteilung „KI und Biomolekulare Strukturen“ gehört zum Bereich Photon Science und erweitert die Möglichkeiten der makromolekularen Kristallographie an BESSY II durch KI-basierte Methoden.
- Proteinkristallographie an BESSY II: Schneller, besser und automatischerViele Erkrankungen hängen mit Fehlfunktionen von Proteinen im Organismus zusammen. Die dreidimensionale Architektur dieser Moleküle ist oft äußerst komplex, liefert aber wertvolle Hinweise für das Verständnis von biologischen Prozessen und die Entwicklung von Medikamenten. Mit Röntgendiffraktion an den MX-Beamlines von BESSY II lässt sich die 3D Struktur von Proteinen entschlüsseln. Mehr als 5000 Strukturen sind bis heute an den drei MX-Beamlines von BESSY II gelöst worden. Ein Rückblick und Ausblick im Gespräch mit Manfred Weiss, dem Leiter der Makromolekularen Kristallographie.
- Humboldt-Fellow am HZB-Institut für Solare Brennstoffe: Alexander R. UhlAlexander R. Uhl von der UBC Okanagan School of Engineering in Kelowna, Kanada, will mit Roel van de Krol vom HZB-Institut für Solare Brennstoffe einen effizienten und günstigen Photoelektrolyseur entwickeln, um mit Sonnenlicht Wasserstoff zu produzieren. Sein Aufenthalt wird von der Alexander von Humboldt-Stiftung gefördert.
- 5000. Proteinstruktur an BESSY II: Startpunkt für einen COVID-WirkstoffViele Proteine besitzen eine komplexe Architektur, die bestimmte biologische Funktionen ermöglicht. An manchen Stellen können Moleküle andocken und die Funktion des Proteins verändern. Ein Team am HZB hat nun das Nsp1-Protein untersucht, das bei der Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus eine Rolle spielt. Sie analysierten Proteinkristalle, die sie zuvor mit Molekülen aus einer Fragmentbibliothek versetzt hatten und entdeckten dabei insgesamt 21 Kandidaten als Startpunkte für die Medikamentenentwicklung. Gleichzeitig entschlüsselten sie damit auch die 5000. Struktur an BESSY II.