Das Cambridge-Team nutzt KI, um einen universellen Impfstoffkandidaten für mehrere Coronaviren zu entwickeln

Ein Forschungsteam der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich gab bekannt, dass zum ersten Mal ein neuer Impfstoff, dessen Kernkomponenten vollständig von künstlicher Intelligenz entwickelt wurden, in Versuchen am Menschen eingesetzt wurde, um eine umfassendere Präventionslösung für mögliche künftige großflächige Virusausbrüche und COVID-19-ähnliche Epidemien bereitzustellen.Forscher sagten, dass dies der erste Fall sei, bei dem ein wichtiges Impfstoffantigen vollständig durch Algorithmen der künstlichen Intelligenz entwickelt und in klinische Studien am Menschen aufgenommen wurde. Das Ziel besteht nicht nur darin, das bestehende neue Coronavirus und seine Mutantenstämme zu bekämpfen, sondern auch mehrere Coronaviren einzubeziehen, die derzeit hauptsächlich unter Tieren zirkulieren, aber das Potenzial haben, Arten zu kreuzen, um Menschen zu infizieren, um „einen Vorsprung zu haben“, bevor die nächste Pandemie auftritt.

Das Konzept dieses Impfstoffkandidaten unterscheidet sich von herkömmlichen Impfstoffen darin, dass er nicht auf einen bestimmten Stamm abzielt, sondern versucht, eine Verteidigungslinie gegen die gesamte Coronavirus-„Familie“ aufzubauen. Das künstliche Intelligenzsystem erhielt zunächst eine große Anzahl genetischer Sequenzen des Coronavirus, die von globalen Überwachungsprojekten gesammelt wurden. Diese Sequenzen entsprechen „Anweisungen“ für das Virus und decken verschiedene Typen ab, von denen bekannt ist, dass sie Menschen und Tiere infizieren. Anschließend analysiert der Algorithmus diese genetischen Informationen und erkennt Muster, um ein sogenanntes „Superantigen“ zu entwerfen, mit dem das körpereigene Immunsystem trainiert wird, eine Immunantwort mit breiter Kreuzreaktivität hervorzurufen. Selbst wenn das Virus weiter mutiert oder das neue Coronavirus vom Tier auf den Menschen überspringt, kann es dennoch bis zu einem gewissen Grad eine Abwehrreaktion einleiten.

In der Vakzinologie sind Antigene Schlüsselbestandteile von Impfstoffen und das körpereigene Immunsystem lernt, sie zu „erkennen und anzugreifen“. Projektleiter Professor Jonathan Heeney von der Universität Cambridge sagte, dies sei das erste Mal, dass ein von künstlicher Intelligenz entwickeltes Antigen in Versuchen am Menschen eingesetzt werde. Die Leistungsfähigkeit der entsprechenden Technologie sei „erstaunlich“ und zeige „das enorme Potenzial der künstlichen Intelligenz zum Nutzen der Menschheit“. Er sagte, das Team wolle Impfstoffe entwickeln, die nicht nur gegen „heutige Viren“ vorgehen, sondern auch zukünftige Krankheitserreger verhindern, die den nächsten Ausbruch oder die nächste Pandemie auslösen könnten, was eine „grundlegende Änderung“ in der Art und Weise bedeuten werde, wie wir mit Pandemien umgehen.

Impfstoffe haben während der COVID-19-Pandemie eine Schlüsselrolle gespielt, aber die überwiegende Mehrheit basiert auf den spezifischen Stämmen des damals zirkulierenden Virus, wobei die Formulierungen aktualisiert werden, während das Virus weiter mutiert. Viele Atemwegsviren wie COVID-19 und saisonale Influenzaviren sind gut darin, ihre Oberflächenstruktur durch Mutation zu verändern und sich so der Immunerkennung zu entziehen, weshalb COVID-19- und Influenza-Impfstoffe regelmäßig aktualisiert werden müssen. „Wir sind immer einen Schritt zurück“, betonte Heaney, und dieser Versuch hofft, mithilfe neuer Technologien wie künstlicher Intelligenz „gemeinsame Schwächen“ in der Virusfamilie im Voraus zu erkennen und Abwehrvorbereitungen abzuschließen, bevor das Virus mutiert oder sich über Arten hinweg ausbreitet.

Derzeit hat dieser von KI entwickelte Coronavirus-Impfstoffkandidat die erste Phase kleiner Versuche am Menschen abgeschlossen, an denen insgesamt 39 Probanden teilnehmen. Der Hauptzweck besteht darin, die Sicherheit zu bewerten. Vorläufige Ergebnisse, die im Journal of Infection veröffentlicht wurden, zeigten, dass der Impfstoff als „mäßig“ hinsichtlich der Stimulierung einer Immunantwort beschrieben wurde, aber dennoch eine positive Reaktion in der Branche auslöste. Das Forschungsteam hat geplant, Folgestudien mit etwa 200 Probanden durchzuführen, um die Immunogenität und den potenziellen Schutz gegen verschiedene Coronaviren umfassender zu bewerten.

Saul Faust, Professor an der University of Southampton, der an einigen klinischen Studien teilgenommen hat, kommentierte, dass diese Technologie zur Entwicklung von Antigenen auf Basis künstlicher Intelligenz „wirklich Potenzial hat“ und beschrieb diese Forschungsrichtung als „sehr aufregend“. Er wies darauf hin, dass solche technischen Methoden im Umgang mit der ständigen Mutation von Viren, insbesondere potenziellen pandemischen Krankheitserregern, in der Impfstoffentwicklungsphase deutlich besser seien als herkömmliche Methoden.

Das Cambridge-Team hat sein Ziel nicht auf Coronaviren beschränkt. Sie forschen bereits an Tiermodellen an einem universellen saisonalen Grippeimpfstoff und hoffen, in Zukunft von der Praxis, die Formeln für Grippeimpfstoffe jedes Jahr zu aktualisieren, Abstand zu nehmen. Darüber hinaus entwickelt das Team auch einen Impfstoff gegen die Vogelgrippe H5N1, um auf die Situation zu reagieren, in der sich dieses Virus, das derzeit Geflügelpopulationen ernsthaft schädigt und von dem befürchtet wird, dass es eine Pandemiegefahr birgt, weit unter Menschen ausbreitet.

Forscher arbeiten auch an der Entwicklung von Impfstoffkandidaten gegen virales hämorrhagisches Fieber, darunter verschiedene Arten des Ebola-Virus. Der aktuelle Ausbruch des hämorrhagischen Fiebers in der Demokratischen Republik Kongo, der durch eine Ebola-Virusart verursacht wird, für die es keinen Impfstoff gibt, macht die Entwicklung eines Breitbandimpfstoffs gegen hämorrhagisches Fieber dringend erforderlich.

Andy Pollard, Direktor der Oxford University Vaccine Group, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, dieser Weg habe in Tierversuchen „sehr überzeugende Beweise“ erbracht. Er nannte die Daten „ziemlich faszinierend“ und sagte, viele Wissenschaftler hätten nicht unbedingt damit gerechnet, auf diese Weise eine solche Art von Immunantwort auslösen zu können. Pollard wies auch darauf hin, dass der eigentliche Test in den Ergebnissen von Versuchen am Menschen liege, da das menschliche Immunsystem weitaus komplexer sei als das von Labormäusen und durch jahrelange natürliche Infektionen geprägt sei, so dass die klinische Wirkung abzuwarten bleibe.

Aus einer breiteren Perspektive gehen viele Experten davon aus, dass künstliche Intelligenz ein „Game Changer“ in der Impfstoffforschung sein wird. Werkzeuge der künstlichen Intelligenz können nicht nur an der Entwicklung von Antigenen beteiligt sein, sondern können auch dazu verwendet werden, die Reaktion des menschlichen Immunsystems auf verschiedene Impfstoffkandidaten vorherzusagen, wodurch der Screening- und Entwicklungsprozess erheblich beschleunigt, die Zeit vom Auftreten des Virus bis zur Ankunft des Impfstoffs verkürzt und bei zukünftigen Ereignissen im Bereich der öffentlichen Gesundheit „Leben gerettet“ werden.

Marian Knight, wissenschaftlicher Direktor des British National Institute of Health and Care Research (NIHR), kommentierte, dass der Erfolg des frühen Versuchs am Menschen mit diesem von der KI entwickelten „Superantigen“ ein „Transformationsschritt“ auf dem Weg zu einem breit angelegten, langanhaltenden Virenschutz sei. Lord Vallance, der britische Minister für Wissenschaft und Technologie, bezeichnete diese Entwicklung als „eine weitere britische wissenschaftliche Erfolgsgeschichte“ und glaubte, sie zeige, wie sich wissenschaftliche Forschungsvorteile mithilfe der Technologie der künstlichen Intelligenz in neue medizinische Behandlungen umwandeln lassen. Er betonte, dass angesichts der positiven Signale der ersten Versuchsergebnisse am Menschen von dieser Arbeit erwartet wird, dass sich das Tempo der Impfstoffbereitstellung langfristig beschleunigt, so dass mehr Menschen auf der ganzen Welt davon profitieren können.