Viren sind gewaltige natürliche Feinde. Das Problem der menschlichen Immunschwäche (HIV) erinnert uns seit Jahrzehnten täglich daran. Und SARS-CoV-2 (Covid-19) hielt vor fünf Jahren Einzug in unser Leben und machte deutlich, wie verletzlich die Menschheit sein kann. Aber könnten diese Viren, vor denen wir Angst haben, unsere Retter sein? Dies ist die Wette eines internationalen Forscherteams, das künstliche Intelligenz (KI) nutzt, um diese Infektionserreger zu überdenken und sie in revolutionäre neue Gentherapie-Instrumente umzuwandeln.
Es ist faszinierend, wie Viren funktionieren. Diese winzigen Ingenieure sind in der Lage, genetisches Material auf unglaublich präzise Weise einzukapseln und dann abzugeben. Sie schaffen es, in einen Wirt einzudringen, indem sie dessen Zellmaschinerie für die Replikation kapern. Die Art und Weise des Handelns ist relativ unhöflich, aber für Forscher von großem Interesse: Wie können wir diese komplexen Funktionalitäten reproduzieren, um sie zu nutzen? „Die Reproduktion der komplexen Funktionalität viraler Kapside, der Proteinhüllen von Viren, bleibt eine Herausforderung. „Künstliche Nanokäfige, die nach dem Vorbild von Viren entwickelt wurden, scheiterten an ihrer begrenzten Kapazität und mangelnden Komplexität.“erklärt das Online-Medium Daily Galaxy.
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Sangmin Lee, Professor an der Pohang Technological University (Postech) in Südkorea, und David Baker, Professor an der University of Washington in Seattle und Gewinner des Nobelpreises für Chemie 2024, könnten einen Schlag versetzt haben, wenn wir den Ergebnissen glauben dürfen ihrer Studie, veröffentlicht am 18. Dezember 2024 in der Zeitschrift Nature. Biochemiker und ihre Kollegen an der University of Washington nutzten KI, um virale Strukturen zu reproduzieren, nachzuahmen und zu verbessern. Diese revolutionäre Entdeckung könnte die Türen zu einem neuen Therapiefeld öffnen.
Die Gentherapie ist besonders am Potenzial von Adeno-assoziierten Viren (AAV) interessiert, kleinen Viren, die als Gentransfervektoren sehr nützlich sind. Leider ist ihre genetische Tragfähigkeit sehr gering, ein Mangel, den das Forschungsteam mit KI behoben hat, indem es mithilfe von Computerdesign die Struktur der „Nanokäfige“ neu gestaltete, damit sie mehr genetisches Material aufnehmen können.
Revolutionäre neue Behandlungsmethoden?
Südkoreanischen und amerikanischen Forschern ist es gelungen, einen ikosaedrischen Nanokäfig (mit zwanzig Seiten) zu entwickeln, dessen Kapazität dreimal größer ist als die herkömmlicher AAVs. Der KI ist es gelungen, subtile Asymmetrien, inspiriert von existierenden Viren, in diese künstlichen Nanostrukturen zu integrieren und so bisher undenkbare Funktionalitäten hinzuzufügen.
Und die Leistung hört hier nicht auf. Von KI entworfene Nanostrukturen sind nicht nur effizienter, sondern vor allem auch funktional. Verstehen Sie, dass sie in der Lage sind, therapeutische Gene direkt in die Zielzellen der Forscher zu transportieren. Diese Entdeckung bietet einen Ausblick auf viel wirksamere biotechnologische Behandlungen zur Bekämpfung genetischer Störungen, zur Entwicklung neuer Arten von Impfstoffen oder zur hochpräzisen Verabreichung von Arzneimitteln.
„Fortschritte in der KI haben die Tür zu einer neuen Ära geöffnet, in der wir künstliche Proteine entwerfen und zusammenbauen können, um den Bedürfnissen der Menschheit gerecht zu werden.“glaubt Professor Sangmin Lee. Diese Nanostrukturen sind mehr als eine einfache Nachahmung der Natur, sie revolutionieren und definieren sie neu, indem sie sie verbessern. Dies ist ein großer Durchbruch für die Präzisionsmedizin, zumal KI in diesem Bereich erst in den Kinderschuhen steckt.
