US-Forscher haben mithilfe künstlicher Intelligenz erstmals voll funktionsfähige biologische Viren entworfen. Die im Fachjournal Science veröffentlichte Studie zeigt, wie generative KI-Modelle Bakteriophagen gezielt designen können. Diese synthetischen Viren erwiesen sich im Labor als hochwirksam gegen antibiotikaresistente Bakterien.
Präzisionsdesign aus dem KI-Modell Evo
Wissenschaftler der Stanford University, des Arc Institutes und des Broad Institutes führten die Forschung gemeinsam durch. Das Team um Seniorautor Brian Hie nutzte die KI-Modelle Evo 1 und Evo 2. Trainiert wurden diese mit einer enormen Datenbasis von neun Billionen Nukleotiden sowie den Genomen von über 14.000 bekannten Bakteriophagen.
Auf dieser Grundlage generierte die KI bis zu 700.000 theoretische Virusgenome. Für die praktische Überprüfung wählten die Forscher rund 300 Entwürfe aus und ließen sie chemisch synthetisieren. Das Ergebnis war ein Novum in der Virologie: Insgesamt 16 der künstlich erzeugten Genome erwiesen sich als voll funktionsfähige, lebensfähige Viren. Diese basieren strukturell auf dem bekannten Bakteriophagen PhiX174.
Erfolgreicher Einsatz gegen resistente E.-coli-Bakterien
In Labortests infizierten die synthetischen Phagen erfolgreich Zellen des Bakteriums Escherichia coli und replizierten sich darin. Den Forschern zufolge zeichneten sich die künstlichen Viren durch hohe Effizienz aus: Sie überwanden bereits bestehende bakterielle Resistenzen gegen herkömmliche Phagen.
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Die genetische Struktur der 16 erfolgreichen Viren wich erheblich von natürlichen Vorlagen ab. Die Wissenschaftler identifizierten zwischen 67 und 392 Nukleotidänderungen im Vergleich zu Wildtypen. 13 dieser Modifikationen waren vollkommen neuartig und wurden in der Natur bislang nicht beobachtet. Das KI-Modell Evo 2 wurde als Open-Source-Technologie für die Wissenschaftsgemeinschaft freigegeben.
Chancen für die Medizin und biosicherheitspolitische Bedenken
Finanziell gefördert wurde das Projekt unter anderem durch die Bill & Melinda Gates Foundation, die im Juni fünf Millionen US-Dollar für die KI-gestützte Impfstoff- und Infektionsforschung bereitstellte. Die Technologie verspricht langfristig neue Ansätze im Kampf gegen die weltweite Krise der Antibiotikaresistenzen. Maßgeschneiderte Phagen könnten gezielt zur Bekämpfung spezifischer bakterieller Erreger eingesetzt werden. Eine Anwendung am Menschen ist jedoch noch nicht vorgesehen, und von den im Labor erzeugten Bakteriophagen geht keine direkte Gefahr aus.
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Gleichzeitig wirft der Erfolg drängende Fragen zur Biosicherheit auf. Sicherheitsbehörden und Experten, unter anderem des Johns Hopkins Centers, äußerten bereits Bedenken hinsichtlich des Missbrauchspotenzials. Die Fähigkeit, funktionsfähige Virusgenome per Knopfdruck zu entwerfen, birgt theoretisch Risiken für die Entstehung neuartiger Krankheitserreger oder den Einsatz im Bioterrorismus. Vor diesem Hintergrund hatten die USA erst im vergangenen Monat ihre Richtlinien für die staatlich geförderte KI-Forschung im biologischen Sektor verschärft.
