Künstliche Intelligenz erzeugt innovative Viren mit dem Potenzial, resistente Bakterien zu bekämpfen
Zum ersten Mal in der Geschichte nutzten Forscher künstliche Intelligenz (KI), um ein synthetisches Virus zu entwickeln, das in der Natur nicht vorkam. Der Mikroorganismus, der in einem Artikel im Science-Magazin beschrieben wird, hat die Fähigkeit, sich im Labor zu reproduzieren. Laut den Autoren der Studie könnte dieser Erfolg die Behandlung von Infektionen, die gegen Antibiotika resistent sind, verändern, aber die Veröffentlichung löste auch eine wichtige Debatte über die biologische Sicherheit aus.
Viren, die unter der Aufsicht von Forschern der Stanford University und des Arc Institute in den USA entwickelt wurden, infizieren keinen Menschen. Sie werden Bakteriophagen genannt, Organismen, die ausschließlich Bakterien angreifen. Durch den Einsatz von KI-Modellen, die auf Millionen von Genomen trainiert wurden, haben Wissenschaftler Hunderte nie zuvor gesehene Versionen dieser Mikroben entwickelt.
Nach dem Syntheseprozess im Labor erwiesen sich 16 der Viren als funktionsfähig und effizient bei der Zerstörung von Stämmen von *Escherichia coli*, einem Bakterium, das schwere Harn- und Darminfektionen verursachen kann. Es hat sich gezeigt, dass ein mit diesen künstlichen Viren hergestellter Cocktail in der Lage ist, resistente Bakterien zu besiegen, und im Vergleich zu natürlichen Mikroorganismen mit ähnlichen Eigenschaften eine überlegene Leistung aufweist.
Technologischer Fortschritt bei der Erstellung von Genomen durch künstliche Intelligenz
Das erzielte Ergebnis stellt laut den Autoren einen bedeutenden Meilenstein für das Gebiet der synthetischen Biologie dar. Es beweist, dass Algorithmen in der Lage sind, komplette Genome und nicht nur isolierte Gene zu entwerfen. Aufgrund der Komplexität der genetischen Organisation war diese Fähigkeit bisher außerhalb der Reichweite künstlicher Intelligenz.
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Zur Begeisterung gesellte sich allerdings auch Besorgnis. In einem ebenfalls in Science veröffentlichten Artikel äußerten Tom Inglesby und Moritz Hanke vom Center for Health Security der Johns Hopkins University in den Vereinigten Staaten eine Warnung. „Während dies für biowissenschaftliche Anwendungen vielversprechend ist, wirft es auch dringende Fragen zur Biosicherheit auf. Die Fähigkeit, virale Genome mithilfe generativer KI zusammenzusetzen, ist bereits vorhanden; die Governance zur sicheren Kontrolle existiert jedoch nicht“, schrieben sie.
Für Biosicherheitsexperten verdeutlicht die Forschung eine wachsende Kluft zwischen der Geschwindigkeit des technologischen Fortschritts und internationalen Kontrollmechanismen. Die Befürchtungen konzentrieren sich nicht auf die Studie selbst, die mit Viren durchgeführt wurde, die Menschen nicht infizieren, und unter strengen Sicherheitsprotokollen, sondern auf die Möglichkeit, dass ähnliche Techniken in Zukunft auf viel gefährlichere Mikroorganismen angewendet werden könnten. In dem für Science verfassten Text erklärten Inglesby und Hanke, dass die Herausforderung nicht nur in der Kontrolle von Modellen der künstlichen Intelligenz bestehe, „sondern im gesamten Ökosystem, das die Umwandlung digitaler Sequenzen in reale Organismen ermöglicht, einschließlich Unternehmen, die DNA synthetisieren, und Labors, die in der Lage sind, diese Mikroorganismen zu produzieren.“
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Die Forschungsautoren selbst räumten in dem Artikel ein, dass jede zukünftige Anwendung von strengen Sicherheitsmechanismen abhängen wird. Sie stellten jedoch klar, dass sich die Studie auf Bakteriophagen konzentrierte, gerade weil es sich um kleine Viren handelt, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft wohlbekannt sind und beim Menschen keine Krankheiten verursachen können.
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Vielversprechende Wirkung im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen
Wissenschaftler aus Stanford und dem Arc Institute betonen außerdem, dass die potenziellen Vorteile der Technik bemerkenswert sind, insbesondere in einer Zeit, in der viele Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickelt haben. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) stellt der Verlust der Wirksamkeit dieser Arzneimittelkategorie eine der größten Bedrohungen für die globale öffentliche Gesundheit dar und verstärkt die Suche nach neuen Behandlungslösungen.
Da KI die Entstehung von Hunderten von Bakteriophagen ermöglicht hat, verfügen die Autoren nach eigenen Angaben über ein Arsenal, das selbst den resistentesten Stämmen den Kampf ansagen kann. „Wenn das Bakterium eine Resistenz gegen eines der künstlichen Viren entwickelt, ist das mit dem Medikament erledigt. Wenn man jedoch mehrere genetisch unterschiedliche Viren in einer Mischung hat, wird es für die Bakterien schwieriger, eine Resistenz gegen den gesamten Cocktail zu entwickeln“, erklärte der Biochemie-Ingenieur Brian Hie, einer der Autoren der Studie, in einer Notiz.
Obwohl es sich bei dem in „Science“ beschriebenen Experiment nur um einen Proof of Concept handelt, also um den Nachweis, dass eine Idee technisch realisierbar ist, glaubt Hie, dass ähnliche Ansätze zur Entwicklung von Viren gegen andere schädliche Bakterien genutzt werden könnten. Darunter sind *Staphylococcus aureus*, der Tuberkulose verursacht und gegen das Antibiotikum Methicillin resistent ist, und *Pseudomonas aeruginosa*, einer der Hauptverursacher schwerer Krankenhausinfektionen.
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