KI treibt die MIT-Forschung zur Entwicklung von Antibiotika gegen Superbakterien voran
Letztes Jahr stellten Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA eine innovative Herausforderung an ein System der künstlichen Intelligenz: Sie wollten völlig neue Moleküle entwickeln, die das Potenzial haben, wirksame Antibiotika zu werden.
Nach Monaten intensiven Trainings gelang es der künstlichen Intelligenz, in nur ein oder zwei Tagen mehr als 29 Millionen neue Moleküle zu erzeugen, eine Leistung, die eine neue Ära in der Arzneimittelforschung markiert.
Traditionell ist die Identifizierung neuer Medikamente ein zeitaufwändiger und komplexer Vorgang. Der Einsatz künstlicher Intelligenz beginnt jedoch, dieses Panorama zu revolutionieren und verspricht, den Prozess deutlich zu beschleunigen.
Die Forschung am MIT konzentriert sich auf die Bekämpfung von Infektionen, die gegen Antibiotika resistent geworden sind und weltweit jährlich für mehr als eine Million Todesfälle verantwortlich sind. Die Kapazität vorhandener Arzneimittel kann mit der Entwicklung dieser Bedrohungen nicht Schritt halten.
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James Collins, Professor für Medizintechnik am MIT, betonte das Ungleichgewicht zwischen der Zunahme resistenter Krankheitserreger und dem Rückgang der Entwicklung neuer Antibiotika im Laufe der Jahrzehnte.
Künstliche Intelligenz macht Fortschritte bei der Entwicklung antibiotischer Verbindungen
Eine aktuelle Studie, die in der Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlicht wurde, ist Teil des Antibiotics-AI-Projekts des Collins-Labors und zeigt die entscheidende Rolle künstlicher Intelligenz bei der Erzielung wichtiger Fortschritte in der Medizin.
Das Team synthetisierte einige der von der KI erzeugten Verbindungen und schaffte es mit einer davon, eine resistente Infektion bei einer Maus auszurotten. In weiteren Tests mit einer anderen Methode zur Erzeugung von Molekülen wiederholten sich die positiven Ergebnisse und untermauerten die Machbarkeit der Entwicklung vollständig auf KI ausgelegter Medikamente zur Behandlung schwerer Infektionen.
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Die aktuelle Herausforderung in der Antibiotikaentwicklung
Die herkömmliche Methode zur Entwicklung neuer Antibiotika besteht darin, Verbindungen einzeln zu testen oder Bodenproben auf vielversprechende Moleküle zu analysieren. Dieser Prozess hat sich für den aktuellen Bedarf als ineffizient erwiesen.
Seit den 1980er Jahren hat die FDA (United States Food and Drug Administration) einige Dutzend neue Antibiotika zugelassen, bei den meisten handelte es sich um kleine Modifikationen bestehender Medikamente.
Die Entwicklung neuer Medikamente benötigt viel Zeit, und Versuche am Menschen befinden sich noch im Anfangsstadium und werden längere Zeit in Anspruch nehmen.
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Collins erklärte, dass die letzten Jahrzehnte von einem „Entdeckungsvakuum“ geprägt waren, in dem neue Antibiotika auftauchten, diese jedoch den vorherigen sehr ähnlich waren, nur angepasste Versionen.
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Laut Collins wird die Situation durch wirtschaftliche Probleme verschärft. Die Entwicklung eines Antibiotikums ist mit ähnlichen Kosten verbunden wie beispielsweise die Entwicklung eines Medikaments gegen Krebs oder Bluthochdruck.
Der Unterschied liegt in der Dauer der Anwendung: Antibiotika werden nur wenige Tage lang eingenommen, Medikamente gegen Krebs oder Bluthochdruck können dagegen über Monate oder Jahre hinweg eingenommen werden. Folglich erwirtschaften neue Antibiotika nur einen Bruchteil des Gewinns, was dazu führt, dass auf dem Markt nur wenige Optionen für komplexe Infektionen entstehen.
Künstliche Intelligenz in der modernen Medizin
Das Labor von Collins widmet sich seit etwa 20 Jahren der Erforschung von Antibiotika. Vor sechs Jahren beschloss das Team, sich auf künstliche Intelligenz als Hauptwerkzeug für Entdeckungen zu konzentrieren. Ursprünglich wurde KI zur Analyse von Bibliotheken bekannter Verbindungen eingesetzt, was zur Identifizierung von Molekülen führte, die Infektionen auf innovative Weise bekämpfen können.
Aus dem Projekt entstand eine gemeinnützige Organisation, Phare Bio, mit dem Ziel, die vielversprechendsten Wirkstoffe auf den Markt zu bringen. Es wird erwartet, dass klinische Studien mit Halicin beginnen, einem Medikament, das ursprünglich 2009 zur Behandlung von Diabetes entwickelt wurde, bei dem das Team jedoch später feststellte, dass es eine starke antibiotische Wirkung hat.
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Während die Entwicklung neuer Medikamente weiterhin Zeit braucht und Versuche am Menschen Zeit brauchen, beschleunigt KI bereits die frühe Phase der Entdeckung. Dieser Fortschritt trägt dazu bei, die Kosten zu senken und die Erfolgsaussichten zu erhöhen.
Collins erklärte, dass künstliche Intelligenz es möglich gemacht habe, ein viel breiteres chemisches Spektrum zu erforschen, als es in traditionellen Bibliotheken verfügbar sei, und Wege zu völlig neuen Molekülen eröffnet habe.
Seiner Meinung nach lässt sich der gleiche Ansatz auf andere Bereiche der Medizin übertragen, da alle im Projekt verwendeten KI-Methoden problemlos auf die Entwicklung anderer Behandlungsarten angewendet werden können.
