Stanford und Arc Institute entwickeln erste KI-basierte Viren, die Bakterien infizieren können

Forscher bei Stanford University und die gemeinnützige Organisation Arc-Institut haben einen wichtigen Meilenstein in der Computerbiologie erreicht, indem sie die ersten vollständig mithilfe künstlicher Intelligenz entwickelten Viren geschaffen haben, die Bakterien infizieren und abtöten können. 

Das Team trainierte ein fortschrittliches KI-Modell namens Evo, das nach den gleichen Prinzipien wie große Sprachmodelle (LLMs) funktioniert, wie ChatGPT, auf einem Datensatz von zwei Millionen viralen Genomen, wodurch es in die Lage versetzt wird, die virale Struktur, Geninteraktionen und funktionellen Einschränkungen zu verstehen.

Mithilfe dieses Modells beauftragten die Wissenschaftler Evo mit der Entwicklung völlig neuer Viren von Grund auf. Das Ergebnis waren 302 einzigartige Designs, von denen sich 16 in Labortests als funktionsfähig erwiesen. Dies demonstrierte die Fähigkeit der KI, lebensfähige biologische Systeme zu produzieren, die es vorher noch nie gegeben hatte.

Diese von KI erzeugten Viren trugen bis zu 392 Mutationen in sich, die in der Natur noch nie beobachtet wurden, darunter Kombinationen genetischer Elemente, die Forscher zuvor mit herkömmlichen Techniken versucht hatten zusammenzusetzen, was ihnen jedoch nicht gelungen war.

Interessanterweise gelang es den mithilfe künstlicher Intelligenz entwickelten Viren, als Bakterien eine Resistenz gegen natürliche Viren entwickelten, diese Abwehrmechanismen innerhalb weniger Tage zu überwinden, während ihre herkömmlichen viralen Gegenstücke wirkungslos wurden. 

Einem besonders bemerkenswerten synthetischen Virus gelang es, eine wichtige Proteinkomponente eines entfernt verwandten Virus zu integrieren. Dies war den Wissenschaftlern trotz wiederholter Versuche mit herkömmlichen Methoden der Gentechnik jahrelang nicht gelungen. 

KI-entwickelte Viren markieren eine neue Ära der Genomtechnik

Die Entwicklung dieser KI-entworfen Viren markieren den Beginn einer neuen Ära in der wissenschaftlichen Forschung, in der Computerwerkzeuge über das Lesen und Schreiben von Genomen hinausgehen und diese aktiv gestalten können. Wie das Arc Institute betonte, „stellt dies ein neues Kapitel in unserer Fähigkeit dar, die Biologie auf ihrer grundlegenden Ebene zu entwickeln.“ 

Die Forscher betonen, dass ihre KI bewusst nicht auf Viren trainiert wurde, die Menschen infizieren. Dennoch birgt diese Technologie Risiken, da sie möglicherweise von anderen – sei es aus Neugier, wissenschaftlichem Interesse oder in böser Absicht – eingesetzt werden könnte, um menschliche Krankheitserreger zu erforschen und neue Virulenzgrade zu entwickeln. 

Darüber hinaus ist die Fähigkeit der KI, vollständige Genome für komplexere Organismen zu generieren, noch ungewiss, und es gibt derzeit keine einfache Methode, um solche Designs zu testen. Im Gegensatz zu einigen Viren, die direkt von einem DNA-Strang Größere Organismen wie Bakterien, Säugetiere oder Menschen erfordern schrittweise genetische Modifikationen bestehender Zellen, ein Prozess, der nach wie vor langsam und arbeitsintensiv ist. 

Trotz dieser Herausforderungen argumentieren Wissenschaftler, dass die Verfolgung dieser Forschungsrichtung wichtig sei. Sie stellen sich automatisierte Labore vor, in denen KI-generierte Genome vorgeschlagen, experimentell getestet und durch iteratives Feedback verfeinert werden könnten. Dies könnte die Entwicklung und das Verständnis komplexer biologischer Systeme beschleunigen.