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Wissenschaftler haben ein System der "biologischen künstlichen Intelligenz" geschaffen
Zuletzt überprüft: 15.07.2025
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Australische Wissenschaftler haben erfolgreich ein Forschungssystem entwickelt, das „biologische künstliche Intelligenz“ nutzt, um Moleküle mit neuen oder verbesserten Funktionen direkt in Säugetierzellen zu entwerfen und zu entwickeln. Die Forscher erklärten, das System stelle ein leistungsstarkes neues Werkzeug dar, das Wissenschaftlern helfen könne, spezifischere und wirksamere Forschungsmedikamente oder Gentherapien zu entwickeln.
Das System namens PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection) nutzt die Methode der „gerichteten Evolution“, eine Labortechnik, die die natürliche Evolutionskraft nachahmt. Anstatt Jahre oder Jahrzehnte zu benötigen, beschleunigt es die Zyklen von Evolution und natürlicher Selektion und schafft so innerhalb weniger Wochen Moleküle mit neuen Funktionen.
Dies könnte direkte Auswirkungen auf die Suche nach neuen, wirksameren Medikamenten haben. So könnte das System beispielsweise dazu eingesetzt werden, Gen-Editing-Technologien wie CRISPR zu verbessern und so ihre Wirksamkeit zu steigern.
„Das bedeutet, dass PROTEUS zur Erzeugung neuer Moleküle verwendet werden kann, die optimal auf die Wirkung in unserem Körper abgestimmt sind. Und wir können neue Medikamente entwickeln, deren Herstellung mit der aktuellen Technologie schwierig oder unmöglich wäre“, sagt der Co-Autor der Studie, Professor Greg Neely, Leiter des Dr. John and Anne Chong Functional Genomics Laboratory an der Universität Sydney.
„Das Neue an unserer Arbeit ist, dass die gerichtete Evolution hauptsächlich in Bakterienzellen funktioniert, während PROTEUS Moleküle in Säugetierzellen entwickeln kann.“
Das PROTEUS-System kann Probleme mit unsicherer Lösung lösen – ähnlich wie ein Benutzer Abfragen in eine Plattform für künstliche Intelligenz eingibt. Beispielsweise könnte das Problem darin bestehen, ein Krankheitsgen im Körper eines Menschen effektiv „abzuschalten“.
PROTEUS nutzt dann die gerichtete Evolution, um Millionen möglicher Sequenzen zu erforschen, die in der Natur noch nicht existieren, und findet Moleküle mit Eigenschaften, die optimal auf das Problem zugeschnitten sind. Das bedeutet, dass PROTEUS Lösungen finden kann, für die ein menschlicher Forscher Jahre brauchen würde – wenn er sie überhaupt finden könnte.
Die Wissenschaftler berichteten, dass sie mithilfe von PROTEUS verbesserte Proteine entwickelt haben, die sich leichter medikamentös regulieren lassen, sowie Nanobodies (Mini-Versionen von Antikörpern), die DNA-Schäden erkennen können – einen wichtigen Prozess, der zur Krebsentstehung beiträgt. Wie die Autoren betonten, ist die Anwendung von PROTEUS jedoch nicht darauf beschränkt: Es kann zur Verbesserung der Funktion der meisten Proteine und Moleküle eingesetzt werden.
Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht. Die Forschung wurde am Charles Perkins Centre der Universität Sydney in Zusammenarbeit mit Forschern des Centenary Institute durchgeführt.
Die Entdeckung des molekularen maschinellen Lernens
Die ursprüngliche Entwicklung der Methode der gerichteten Evolution, die erstmals bei Bakterien angewendet wurde, wurde 2018 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.
„Die Erfindung der gerichteten Evolution hat die Biochemie grundlegend verändert. Mit PROTEUS können wir nun eine Säugetierzelle so programmieren, dass sie ein genetisches Problem löst, für das wir keine fertige Antwort haben. Wenn wir das System kontinuierlich laufen lassen, können wir regelmäßig beobachten, wie es das Problem löst“, sagte der leitende Forscher Dr. Christopher Denes vom Charles Perkins Centre und der School of Life and Environmental Sciences.
Die größte Herausforderung für Denes und sein Team bestand darin, eine Säugetierzelle widerstandsfähig gegen mehrere Evolutions- und Mutationszyklen zu machen und gleichzeitig ihre Stabilität zu bewahren. Zudem sollte verhindert werden, dass das System durch das Finden trivialer Lösungen, die der gestellten Aufgabe nicht gerecht werden, „schummelt“.
Die Wissenschaftler fanden eine Lösung in der Verwendung chimärer virusähnlicher Partikel, die aus der äußeren Hülle eines Virus und den Genen eines anderen bestehen. Dieses Design verhinderte, dass das System „betrug“.
Das Design kombinierte Elemente zweier sehr unterschiedlicher Virenfamilien und schuf so das „Beste aus beiden Welten“. Das resultierende System ermöglichte es den Zellen, viele verschiedene Lösungsmöglichkeiten parallel zu verarbeiten, wobei sich verbesserte Lösungen durchsetzten und falsche Lösungen verschwanden.
„PROTEUS ist stabil, robust und wurde in unabhängigen Laboren validiert. Wir ermutigen andere Forschungsgruppen, diese Methode zu nutzen. Mit PROTEUS hoffen wir, die Entwicklung einer neuen Generation von Enzymen, molekularen Werkzeugen und Therapeutika anzuregen“, sagte Dr. Denes.
„Wir haben dieses System der Forschungsgemeinschaft zugänglich gemacht und sind gespannt, wie es eingesetzt wird. Unser Ziel ist es, die Technologien zur Genomeditierung zu verbessern und mRNA-Medikamente für wirksamere und spezifischere Wirkungen zu verfeinern“, ergänzte Professor Neely.