Forschern der Stanford University und des Arc Institute ist ein bedeutender Durchbruch in der synthetischen Biologie gelungen. Mithilfe der neu entwickelten KI-Modelle Evo 1 und Evo 2 entwarf das Team erstmals vollständige Virusgenome für Bakteriophagen, die im Labor erfolgreich zum Leben erweckt wurden. Die Ergebnisse der Untersuchung, an der unter anderem die Wissenschaftler Brian Hie, Aditi Merchant und Samuel King beteiligt waren, wurden vor kurzem im Fachjournal Science veröffentlicht.
In der Fachwelt gilt die Erzeugung funktionaler Genome durch künstliche Intelligenz als Meilenstein. Bakteriophagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren und als vielversprechendes Werkzeug im Kampf gegen zunehmende Antibiotikaresistenzen gelten. Die Studie belegt, dass KI-Systeme in der Lage sind, komplexe biologische Baupläne autonom so zu gestalten, dass sie in lebenden Organismen funktionieren.
Erfolgreiche Synthese und biologische Aktivität
Im Rahmen der Forschungsarbeit generierte die künstliche Intelligenz insgesamt 302 verschiedene Designs für Virusgenome. Davon wurden 285 synthetisiert und in das Bakterium Escherichia coli (E. coli) eingebracht. Wie die Auswertungen zeigten, erwiesen sich 16 dieser künstlich entworfenen Phagen-Genome als lebensfähig. Diese KI-generierten Viren waren in der Lage, die Bakterienzellen zu infizieren und sich darin zu vermehren.
Ein besonders leistungsfähiges Design, das die Bezeichnung Evo-Φ69 erhielt, demonstrierte eine hohe biologische Aktivität. Dieser Phage vermehrte sich in den Tests bis zu 65-fach. Die Forscher konnten zudem zeigen, dass ein aus den KI-Modellen gewonnener Cocktail aus verschiedenen Phagen in der Lage war, Antibiotikaresistenzen in drei unterschiedlichen Stämmen von E. coli zu überwinden. Dabei erwiesen sich die computergenerierten Viren bei der Bekämpfung der Bakterien teilweise als effektiver als ihre natürlich vorkommenden Verwandten.
Skalierung und technologische Grundlagen
Die Leistungsfähigkeit der zugrunde liegenden Technologie wird durch die Skalierbarkeit des Modells Evo 2 verdeutlicht. Dieses System war in der Lage, rund 700.000 verschiedene Designs zu generieren. Um sicherzustellen, dass die Technologie primär für medizinische Zwecke nutzbar ist, trainierten die Wissenschaftler die Modelle gezielt auf Daten von Phagen und sahen von einem Training mit humanpathogenen Viren ab.
Die Phagentherapie wird seit längerem als eine der wichtigsten Hoffnungen eingestuft, um die globale Krise durch multiresistente Keime zu bewältigen. Die Möglichkeit, maßgeschneiderte Viren gegen spezifische bakterielle Bedrohungen am Computer zu entwerfen, könnte die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden erheblich beschleunigen.
Warnung vor Missbrauch und Forderung nach Regulierung
Trotz des medizinischen Potenzials äußerten die Autoren der Studie deutliche Warnungen hinsichtlich der Risiken. Die Technologie weise eine ausgeprägte Dual-Use-Problematik auf. Während sie einerseits den medizinischen Fortschritt vorantreiben könne, berge sie andererseits die Gefahr, für die Entwicklung von Biowaffen missbraucht zu werden. Brian Hie und seine Kollegen betonten die Notwendigkeit, proaktiv Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.
Angesichts der Ergebnisse fordern Experten und Branchenanalysten bereits neue Biosicherheits-Regeln. Es müsse sichergestellt werden, dass der Zugang zu solchen KI-Modellen und den für die Synthese notwendigen Ressourcen streng kontrolliert wird, um einen potenziellen Missbrauch der Technologie zu verhindern. Die Fähigkeit der KI, lebensfähige biologische Entitäten zu schaffen, verschiebt die Grenzen der Biosicherheit und erfordert laut den beteiligten Forschern eine internationale Debatte über den verantwortungsvollen Umgang mit synthetischer Biologie.
