Medizinische Forschung: Künstliche Intelligenz designt bakterientötende Viren

Forschende haben mit KI Viren geschaffen, die es so in der Natur noch nicht gab. Die Methode könnte Behandlungen verbessern, birgt aber auch Risiken.

3D-gerenderte Illustration einer Konvergenz zu einem Bakteriophagen

Foto: Spectral/imago

Schon für sich genommen lösen die Begriffe KI, Viren und Genmanipulation bei vielen Unbehagen aus. Wirft man sie jedoch zusammen, landet man bei bahnbrechender Forschung. Und zwar zu KI-designten Bakteriophagen. Diese Viren nisten sich in Bakterien ein und können sie von innen töten.

Dass die Bakteriophagen nun von KI-Modellen entworfen werden, geht über den bisherigen Einsatz von KI-Modellen in der Biotechnologie hinaus. Bis dato wurde KI zum Beispiel verwendet, um Wirkstoffe zusammenzustellen oder herauszufinden, welches Molekül ein Medikament ansteuern muss, um Krankheitserreger zu bekämpfen.

Immer öfter lernen KI-basierte DNA-Sprachmodelle nun aber auch, DNA-Sequenzen wie einen Text zu lesen. Sobald sie den genetischen Code geknackt haben, sind sie in der Lage, selbst neue Sequenzen zu generieren. Das heißt, sie können Genome designen, die realistisch und funktionsfähig sind, aber in dieser Form in der Natur noch nie existiert haben.

Die Studie

Forschende der Universität Stanford haben nun zwei etablierte DNA-Sprachmodelle von 2024 und 2025 – Evo 1 und Evo 2 – mit knapp 15.000 Genomen von Bakteriophagen trainiert. Nach dem Training ließen die Forschenden Tausende neue künstliche DNA-Sequenzen für potenzielle Bakteriophagen generieren und versuchten, jene herauszufiltern, die im Kampf gegen Darmbakterien vielversprechend schienen.

Das Ergebnis: 302 DNA-Sequenzen. In Labortests wurde dann ermittelt, ob die KI-Bakteriophagen überleben und Darmbakterien erfolgreich abtöten können. Und tatsächlich: Die KI hatte 16 lebens- und funktionsfähige Phagen designt.

Was bringt’s?

Natürliche Bakteriophagen werden schon heute eingesetzt, um bakterielle Infektionen zu behandeln. Vor allem gegen multiresistente Bakterien. Wenn solche Bakteriophagen nun mit KI an das jeweilige Bakterium angepasst werden können, erweitert und beschleunigt das Behandlungsmöglichkeiten.

Bei der vorliegenden Studie ging es nur um Phagen mit extrem kleinen Genomen. Die KI-designten Phagen hätten zwar bisher nicht in der Natur existiert, durch sie seien aber auch keine gänzlich neuen biologischen Funktionen geschaffen wurde, sagt Harald König vom Institut für Technikfolgenabschätzung in Karlsruhe. Gezielt komplexe Eigenschaften oder neue Organismen zu designen, sei noch nicht möglich.

Dennoch birgt die KI-basierte, synthetische Genomik Gefahren. Eine der zentralen Befürchtungen ist laut König, dass sich durch KI-Modelle Krankheitserreger wie pandemische Viren gezielt verbessern lassen oder sich gar völlig neue Erreger generieren ließen. Als biologische Waffen eingesetzt, könnten sie enormen Schaden anrichten.