Ein Forschungsteam der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich gab kürzlich bekannt, dass ein neuer DNA-Impfstoff, der mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt wurde, seinen ersten Versuch am Menschen abgeschlossen hat. Ziel ist es, mit einer einzigen Impfung einen Breitbandschutz gegen alle bekannten humanen Coronavirus-Varianten und verwandte Viren zu bieten, die möglicherweise von Fledermäusen auf den Menschen übertragen werden.

Der Impfstoff wird von Forschern als „grundlegend neuer“ Impfstofftyp beschrieben, dessen wichtige Antigenkomponenten vollständig mit KI entwickelt wurden. Herkömmliche Impfstoffe zielen in der Regel auf ein bestimmtes Virus ab und trainieren das Immunsystem, ein oder mehrere virale Proteine ​​zu erkennen. Allerdings mutieren Viren weiterhin. Wenn der Mutationsbereich groß genug ist, wird die Schutzwirkung des ursprünglichen Impfstoffs deutlich verringert. Aus diesem Grund muss der Grippeimpfstoff jedes Jahr aktualisiert werden, und die Formel des neuen Coronavirus-Impfstoffs wurde seit 2021 viele Male aktualisiert. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass KI eine neue Lösung für dieses Problem bietet: Durch die Analyse der genetischen Daten Tausender verwandter Viren kann KI Sequenzfragmente herausfiltern, die bei verschiedenen Stämmen hoch konserviert sind und nicht anfällig für Veränderungen während der Evolution sind, und so ein Ziel für die Impfstoffentwicklung bieten, die auf die „gesamte Virusfamilie“ abzielt, anstatt auf einen bestimmten bekannten Stamm beschränkt zu sein.

Konkret scannte das Cambridge-Team mithilfe von KI die Untergattung „Sarbecoviren“, einschließlich der Viren, die SARS und COVID-19 verursachen, sowie eine Reihe tierischer Coronaviren und suchte nach gemeinsamen Merkmalen, die im Laufe der Langzeitentwicklung nahezu unverändert geblieben sind. Diese stabilen Regionen wurden schließlich als Immunziele für neue Impfstoffe genutzt. Die Forscher hoffen, dass sie durch die Eindämmung dieser „gemeinsamen Schwächen“, die nicht anfällig für Mutationen sind, dennoch einen gewissen Grad an Kreuzschutz aufrechterhalten können, wenn in Zukunft neue verwandte Viren auftauchen, und so wertvolle Zeit gewinnen, um auf unbekannte Epidemien zu reagieren.

Im Gegensatz zum mRNA-COVID-19-Impfstoff, mit dem die Öffentlichkeit besser vertraut ist, nutzt dieser neue Impfstoff DNA-Technologie. Im Vergleich zu mRNA-Impfstoffen sind DNA-Impfstoffe im Allgemeinen stabiler bei Lagerung und Transport und erfordern kürzere Kühlkettenbedingungen, was besonders für Länder mit niedrigem Einkommen und begrenzter Kühlketteninfrastruktur von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus ist für den Impfstoff keine herkömmliche Nadelinjektion erforderlich. Stattdessen wird der Impfstoff durch einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrom in die Haut injiziert. Es wird erwartet, dass diese nadelfreie Verabreichungsmethode die Schmerzen während der Impfung lindert, gleichzeitig die schnelle Anwendung erleichtert und die Impfeffizienz bei großflächigen Ausbrüchen verbessert.

Aus Sicht der öffentlichen Gesundheit betonen Forscher, dass Breitbandimpfstoffe voraussichtlich die Art und Weise verändern werden, wie Menschen auf neu auftretende Infektionskrankheiten reagieren, wenn sich dieser technische Ansatz als wirksam erweist. Da Breitbandimpfstoffe auf Eigenschaften abzielen, die allen Stämmen innerhalb einer Virusfamilie gemeinsam sind, wird erwartet, dass sie zu Beginn einer Epidemie einen grundlegenden Schutz gegen neue, noch nicht entdeckte Viren bieten und es den Gesundheitsbehörden ermöglichen, Übertragungsketten zu unterbrechen, bevor sich eine Pandemie entwickelt. Die gleiche Idee gilt auch als potenzieller „Game Changer“ im Bereich der Influenza: Derzeit müssen Wissenschaftler die dominanten Stämme jeder Influenza-Saison im Voraus vorhersagen. Sobald die Vorhersage falsch ist, wird die Schutzwirkung des Impfstoffs stark verringert. Wenn ein „universeller Grippeimpfstoff“ entwickelt werden kann, der auf die gemeinsamen Merkmale mehrerer Grippestämme abzielt, wird dieser jährliche „Aufholkrieg“ voraussichtlich ein Ende haben.

Die jüngste Ebola-Epidemie verdeutlicht die praktische Dringlichkeit dieser Richtung. Die jüngsten Ausbrüche in der Demokratischen Republik Kongo und Uganda wurden hauptsächlich durch den Bundibugyo-Stamm verursacht, der den Schutz bestehender Impfstoffe umgehen kann, wodurch die lokalen Gemeinschaften einem höheren Risiko ausgesetzt werden. Während Forscher dringend einen neuen Impfstoff gegen diesen speziellen Stamm entwickeln, wird ein Breitbandimpfstoff gegen die gesamte Virusfamilie, wenn er im Voraus eingesetzt wird, wahrscheinlich eine ähnliche passive Situation des „Stammersatzes – Impfstoff hinkt hinterher“ vermeiden.

In diesem neuesten Versuch am Menschen berichten Forscher, dass es sich weltweit um den ersten von KI entwickelten Impfstoff handelt, der an Menschen getestet wird. Die Ergebnisse zeigten, dass der DNA-Impfstoff das Immunsystem der Probanden stimulieren und Antikörper produzieren konnte, die mehrere Sarbekoviren erkennen konnten. Der Versuch zeigte auch, dass dieser technische Weg im Allgemeinen sicher war und von den Probanden gut vertragen wurde. Das Team ist davon überzeugt, dass dieses Ergebnis zeigt, dass KI ein wichtiges Potenzial bei der Entwicklung neuer Impfstoffe mit „Mutationsresistenz“ gegen potenzielle zukünftige pandemische Krankheitserreger hat und dass das nadelfreie Medikamentenverabreichungssystem zusätzliche Vorteile für die Förderung von Impfungen auf globaler Ebene bringt.

Allerdings geben Forscher auch zu, dass dieser Fortschritt noch weit von einem wirklich „universellen Impfstoff“ entfernt ist. Obwohl die in der aktuellen Studie beobachtete Immunantwort breit gefächert ist, ist das Gesamtniveau immer noch moderat. Es ist noch unklar, wie lange die Schutzwirkung aufrechterhalten werden kann und ob zusätzliche Auffrischungsimpfungen erforderlich sind. Darüber hinaus sind größere klinische Studien erforderlich, um zu überprüfen, ob der Impfstoff tatsächlich verschiedene Virusinfektionen unter realen Bedingungen verhindern oder abschwächen kann.

Experten weisen darauf hin, dass es schwierig sein wird, einen universell einsetzbaren Impfstoff innerhalb weniger Jahre vollständig auszureifen. Jeder neue Impfstoff muss noch mehrstufige klinische Studien mit großen Proben durchlaufen, um seine Sicherheit, Wirksamkeit und langfristige Schutzfähigkeit nachzuweisen. Dennoch zeigt diese Studie, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft mit Hilfe von KI diesem Ziel allmählich näher kommt und die systematische Analyse und schnelle Gestaltung großer Viruslinien mithilfe von Algorithmen die Zeit vom Konzept bis zur klinischen Anwendung von Impfstoffen der nächsten Generation erheblich verkürzen kann.