KI kreiert erstmals Viren

Berlin -

Forschenden der Stanford University in Kalifornien ist es gelungen, Viren mittels KI (Künstlicher Intelligenz) herzustellen. Insgesamt 16 auf diese Weise generierte Bakteriophagen richteten sich erfolgreich gegen resistente Keime. Doch Wissenschaftler sehen auch gefährliche Nutzungsmöglichkeiten.

Als Vorlage diente der natürliche Phage ΦX174; mithilfe zweier auf Genome spezialisierter Sprachmodelle (Evo 1 und Evo 2) kreierte das Team um Dr. Brian Hie tausende KI-generierter Abkömmlinge, die allesamt auf den bakteriellen Wirt Escherichia coli C spezialisiert waren. Knapp 300 davon synthetisierten die Forschenden chemisch und testeten sie unter Laborbedingungen. Am Ende blieben 16 aktive Phagen übrig, die eine starke Wirtsspezifität und diverse Fitnessprofile zeigten, darunter kompetitive Infektionskinetik.

Sie unterschieden sich von allen bekannten natürlichen Phagen durch De-novo-Mutationen, divergente Gene und regulatorische Elemente sowie variable Genomlängen. Einer der Phagen nutzte in seiner Kapsidstruktur ein DNA-Verpackungsprotein eines evolutionär weit entfernten Phagen, wie die Kryo-Elektronenmikroskopie bestätigte.

Außerdem zeigte sich, dass eine Mischung aus designten Phagen auch Stämme von E. coli rasch eliminieren konnte, die eigentlich gegen ΦX174 resistent sind. Eine vergleichbare Mischung natürlich vorkommender ΦX174-ähnlicher Phagen war dazu nicht in der Lage.

Das Überwinden bakterieller Resistenzen ist eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung phagenbasierter antimikrobieller Therapien. Daher sehen die Wissenschaftler das generative Design größerer, komplexerer Genome als neue Möglichkeit, um adaptive Phagentherapien gegen sich schnell entwickelnde Krankheitserreger zu entwickeln. Das Genomdesign könne das breitere Spektrum der Genomsequenzierung, -synthese und -editierung ergänzen und die Komposition biologischer Systeme im Genommaßstab ermöglichen. Die Arbeit liefere eine Blaupause dafür, heißt es in ihrem Fachartikel in „Science“.

In einem begleitenden Artikel finden Professor Tom Inglesby und Dr. Moritz Hanke vom Center for Health Security der Johns Hopkins University in Baltimore auch mahnende Worte: Obwohl diese Ergebnisse vielversprechend für Anwendungen in den Lebenswissenschaften seien, würden auch dringende Fragen zur Biosicherheit und biologischen Gefahrenabwehr aufgeworfen. „Die Möglichkeit, virale Genome mithilfe generativer KI zu erstellen, besteht zwar, die notwendigen Kontrollmechanismen für deren sichere Anwendung fehlen jedoch.“