Schöpfung im Computer: KI kann jetzt auch Proteine entwerfen

Selbstlernende Sprachgeneratoren wie ChatGPT schreiben Texte, indem sie anhand von Millionen Texten die Wahrscheinlichkeit berechnen, mit der zwei Wörter aufeinander folgen. Nach demselben Prinzip können künstliche Intelligenzen auch die Sprache der Biologie erlernen – so zeigt es die Arbeit des kalifornischen Start-ups „Profluent Bio“, die in „Nature Biotechnology“ veröffentlicht wurde.

Alle Lebewesen bestehen zum Teil aus Proteinen und ihren Produkten. Alle Proteine bestehen aus Aminosäuren, die entsprechend dem genetischen Code als langer Faden aneinander gereiht werden. Ja nach den Anziehungs- und Abstoßungskräften der verschiedenen Aminosäuren faltet sich der Faden zu einem dreidimensionalen Gebilde, welches dem Protein seine spezifischen Eigenschaften und Funktionen verleiht.

Um neue Proteine zu erschaffen, fütterten die Forschenden einen angepassten Sprachgenerator namens „ProGen“ mit den Aminosäuresequenzen von 280 Millionen Proteinen. Zusätzlich gaben sie Informationen über die Eigenschaften und Funktionen der Proteine ein. Anschließend forderten sie die ProGen auf, neue Mitglieder in der Proteinfamilie der Lysozyme zu entwerfen. Es handelt sich dabei um Enzyme, die gezielt Bakterien abtöten können, indem sie deren Zellwände zerstören. Lysozyme kommen beispielsweise in Tränen, Speichel oder auch Eiern vor.

ProGen tat wie geheißen und „textete“ über 56.000 neue Sequenzen, die nur noch zu einem Drittel mit natürlich vorkommenden Proteinen übereinstimmten. Unter diesen wählten die Forschenden 100 möglichst unterschiedliche aus und synthetisierten die Proteine im Labor. Im Test zeigte sich, dass 66 von ihnen auf ähnliche Weise Zellwandbestandteile zerteilen konnten wie Lysozyme aus Hühnereiweiß. Die fünf besten Kandidaten wurden weiter getestet – zwei von ihnen töteten im Laber tatsächlich Bakterien ab.

Es handelt sich hier nur um einen ersten Versuch, der jedoch zeigt, dass man künstliche Intelligenzen für die Entwicklung von neuen Molekülen und Medikamenten einsetzen könnte.