KI entwirft neue Viren

Künstliche Intelligenz hat erstmals ein Genom für lebensfähige Bakteriophagen entworfen, also für Bakterien-infizierende Viren. Über die Untersuchungen berichtet ein Forschungsteam um Samuel H. King von der Stanford University in Kalifornien in einem Preprint, das auf dem Server »Biorxiv« publiziert wurde. Das Team um King entwickelte hierfür moderne Genom-Sprachmodelle. Dabei handelt es sich um Sprachmodelle (large language models), die auf umfangreichen genomischen Sequenzdatensätzen trainiert wurden, um die komplexen Regeln zu lernen, die nötig sind, um neuartige DNA-Sequenzen mit gewünschten Funktionen zu generieren. Den Modellen wurde also die Sprache des Genoms beigebracht.

Mithilfe ihrer KI-Modelle mit den Namen Evo1 und Evo2 entwarfen die Forschenden aus Stanford vollständige Genome für Viren, die sich an dem Erbgut des Phagen ΦX174 (PhiX174) anlehnten. Dabei handelt es sich um ein Virus, das gezielt Escherichia-coli-Bakterien befällt. Mithilfe der Sprachmodelle generierten die Forschenden eine Vielzahl von Virusgenomen: Aus den ausgewählten 301 KI-generierten Genomen ließen sich schließlich »16 lebensfähige Phagen mit erheblicher evolutionärer Neuheit« schaffen, berichtet das Team in dem Paper, das noch nicht einen wissenschaftlichen Reviewprozess durchlaufen hat.

Bemerkenswert: Einige der KI-Phagen zeigten eine höhere Fitness als das natürliche Vorbild, etwa durch schnellere Lyse oder bessere Anpassung an ihre Wirtsbakterien. Ein Phage nutzte sogar ein evolutionär fernes DNA-Verpackungsprotein, wie kryo-elektronenmikroskopische Analysen zeigten.

Im direkten Test konnten Cocktails der synthetischen Viren antibiotikaresistente E.-coli-Stämme abtöten – ein Hinweis auf das Potenzial von Phagentherapien gegen multiresistente Keime. Die Studienautoren folgern aus ihren Ergebnissen: »Diese Arbeit liefert einen Entwurf für die Entwicklung verschiedener synthetischer Bakteriophagen und legt darüber hinaus eine Grundlage für die generative Entwicklung nützlicher lebender Systeme auf Genomebene.«

Von dem Entwurf von Bakterien-befallenden Viren zum Entwurf von Viren, die Menschen befallen, sei es nicht weit, warnt Professor Dr. Anna Poetsch vom Biotechnologischen Zentrum der Technischen Universität Dresden gegenüber dem »SWR«. Die Entwicklung solcher Technologien müsse gut reguliert werden. Die Gefahr sei allerdings nicht neu, weshalb die Herstellung synthetischer DNA bereits strengen Regularien unterliege.